CODEX-beta регистрирует первые данные в поисках скрытых частиц
Возможно ли, что по крайней мере некоторые из новых частиц, образующихся в результате столкновений на Большом адронном коллайдере (LHC), находятся за пределами его знаменитых массивных детекторов? Прототип детектора под названием CODEX-beta попытается это выяснить – и он уже зарегистрировал свои первые данные в ЦЕРНе. В коллаборацию, работающую над CODEX-beta – и его предлагаемой более крупной версией, CODEX-b – входят несколько институтов со всего мира. CODEX-b предназначен для проверки другого способа поиска скрытых частиц: поиска признаков новой физики, которые могут пройти некоторое расстояние от места столкновения на БАК, прежде чем распасться в тихом, экранированном пространстве поблизости.
Основные эксперименты на LHC в ЦЕРНе являются одними из лучших инструментов, имеющихся у ученых для изучения того, почему наша Вселенная устроена именно так. Огромные объемы данных, полученные в ходе этих четырех экспериментов, включая CMS, ATLAS, LHCb и ALICE, предоставили ученым множество важных деталей. Но ничто из этих данных пока не подтвердило разрыв с нынешней теорией физики элементарных частиц, Стандартной моделью. Стандартная модель оказалась очень устойчивой, описывая известные элементарные частицы с замечательной точностью, и пока данные LHC соответствуют предсказаниям и расчетам, полученным на основе этой модели. Однако она неполна, поскольку по-прежнему оставляет без ответа важные вопросы, среди которых: Что такое темная материя? Почему во Вселенной материи больше, чем антиматерии? Почему бозон Хиггса обладает именно такими свойствами?
В рамках важного достижения коллаборация CODEX-b (COmpact Detector for EXotics at LHCb) зарегистрировала первые данные с помощью прототипа детектора «CODEX-β» (или CODEX-beta). Это знаменует собой критически важный шаг в демонстрации поисковых возможностей нового класса детекторов частиц. Ключевым элементом эксперимента является специальная «активно экранированная среда с нулевым фоном», которую могут заселять только скрытые долгоживущие частицы до их распада. Детектор CODEX-β представляет собой уменьшенную в масштабе 1:5 прототипную версию CODEX-b, приблизительно 2 х 2 х 2 кубических метра в размере. Главная цель эксперимента — проведение критически важных измерений, необходимых для проектирования активного экрана полноразмерного детектора и оптимизации концепции детектора, которая также используется в нескольких других предлагаемых детекторах долгоживущих частиц.
Эксперимент CODEX-b был предложен в 2017 году в результате сотрудничества четырех ученых из Национальной лаборатории имени Лоуренса Беркли (Berkeley Lab), Университета Цинциннати и Парижского LPNHE (Лаборатория ядерной физики и высоких энергий, фр. Laboratoire de physique nucléaire et de hautes énergies). С тех пор это сотрудничество выросло до примерно 60 участников из 20 учреждений по всему миру.
Полномасштабный эксперимент CODEX-b, если он будет одобрен ЦЕРН, займет свободное пространство рядом с детектором LHCb в пределах зоны взаимодействия 8 LHC. Детектор CODEX-b, размером приблизительно 10 х 10 х 10 кубических метров и использующий технологию детекторов, разработанную для ATLAS, сможет исследовать очень широкий спектр сценариев новой физики, от аксионоподобных частиц до тяжелых нейтральных лептонов и легких скалярных частиц, взаимодействующих с бозоном Хиггса.
Несмотря на то, что долгоживущие частицы, которые будет искать CODEX-b, имеют довольно малую массу по сравнению с бозоном Хиггса, нахождение вблизи точки столкновения LHC позволяет эксперименту исследовать экзотические взаимодействия с самим бозоном Хиггса. Более глубокое понимание взаимодействия частиц Хиггса может лежать в основе многих нерешенных проблем современной физики элементарных частиц, и достижение этого рубежа для CODEX-β действительно очень важно.
Установка CODEX-beta. Иллюстрация: ЦЕРН