LHCb

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 15 mars 2021; kontroller kräver 10 redigeringar .

LHCb (från det engelska  skönhetsexperimentet Large Hadron Collider ) är den minsta av de fyra huvuddetektorerna vid LHC -kollideren vid den europeiska organisationen för kärnforskning CERN i Genève ( Schweiz ) . Experimentet genomförs för att studera asymmetrin mellan materia och antimateria [1] i samspelet mellan b-kvarkar .

Den 14 juli 2015 tillkännagav LHCb upptäckten av en klass av partiklar som kallas pentaquarks [2] [3] .

Experimentets fysiska program

Huvudsyftet med LHCb-experimentet är: att studera de sällsynta effekterna av CP-kränkning i sönderfallen av vackra hadroner ( , , , -mesoner och b- baryoner ), mäta vinklarna på enhetstriangeln , precisionstesta förutsägelserna i standardmodellen (SM) i sällsynta strålnings-, semilepton- och leptonsönderfall B-mesoner , studiet av sällsynta sönderfall av charmade partiklar och exotiska sönderfall av τ-leptoner (till exempel sönderfallet τ → 3μ som inte bevarar leptontalet).

Sök efter New Physics

I en artikel om Elements , en välkänd populariserare av vetenskap och en specialist på elementarpartikelfysik, Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Igor Ivanov, noterar att huvuduppgiften för Large Hadron Collider är upptäckten av New Physics , och att i detta avseende är LHCb det enda av LHC-experimenten som regelbundet ger positiva resultat. Igor Ivanov uttrycker försiktig optimism när det gäller den tidiga upptäckten av New Physics baserat på analys av data som redan har samlats in av LHCb och som för närvarande (april 2016) delvis bearbetas: " Nu talar teoretiker redan om en kumulativ skillnad från SM på nivån 5σ. Nu är den största källan till osäkerheter de statistiska felen i LHCb-experimentet.Om några år, när en betydande del av Run 2-statistiken bearbetas, kommer detta fel att minska med en faktor två eller tre - och då kan det som verkar vara en antydan nu utvecklas till en fullfjädrad upptäckt. " [4] .

LHCb-detektor

LHCb-inställningen är en enarmad spektrometer som kan detektera partikelspår i vinkelområdet från 15 till 300 mrad .

Följande delsystem är installerade på LHCb-detektorn:

Vertexdetektor VELO

VELO ( VERtex LOcator ) är en kiseldetektor som kommer att kunna utföra exakta mätningar av spårkoordinater nära interaktionsregionen, vilket gör det möjligt att få information om de primära och sekundära hörnen med hög noggrannhet. Dessa data kommer att användas för att rekonstruera topparna av produktion och sönderfall av charmade och vackra hadroner, vilket kommer att göra det möjligt att noggrant mäta deras sönderfallstider och partikelpåverkansparametern för att bestämma deras smak. Samtidigt ger VELO-mätningar ett betydande bidrag till nollnivåtriggern ( L0 ), som berikar B-avklingningsdatan i det allmänna informationsflödet. Underdetektorn består av två rader halvmåneformade kiselsensorer, var och en 0,3 mm tjock. En liten skåra i mitten av sensorerna låter LHC-huvudstrålen passera genom detektorn obehindrat. Laddade partiklar som bildas av protonkollisioner penetrerar kisel och bildar elektron-hålpar, vars elektroner registreras. Under datainsamlingen är kiselsensorer placerade på båda sidor av strålen på ett avstånd av 7 mm. Det finns 42 sensoriska enheter i VELO.

Cherenkov counters RICH

En partikel som flyger med en hastighet som överstiger ljusets hastighet i ett medium avger karakteristisk elektromagnetisk strålning, som beror på dess hastighet. Om ett ljuskänsligt plan placeras i vägen för Cherenkov-ljuset (till exempel en sammansättning av en fotomultiplikator eller en flertrådskammare med en arbetsgas med tillsatser av ljuskänslig ånga), bestäms vinkeln θ från radien av ring som bildas av detta plan och konen av Cherenkov ljus . Denna vinkel beror endast på ringens radie, eftersom fotosensorerna är placerade i samlingsspegelns fokalplan. Den så kallade Ring Image CHerenkov Detector (RICH) är baserad på denna princip .

Två sådana räknare används på LHCb: den första är placerad direkt bakom VELO och före triggertrackern, den andra är mellan den externa trackern och kalorimetrarna. Som en radiator - mediet där emissionen av Cherenkov-ljus sker - används förutom kolgaser ett artificiellt skapat ämne som kallas aerogel .

Spårsystem

I nästa steg av partikelidentifiering bestäms momenten för sekundära partiklar, som bildas inte bara som ett resultat av själva pp-kollisionen utan också som ett resultat av B-meson-sönderfall. Denna uppgift utförs av Tracking-systemet, som består av en magnet och två moduler av koordinatdetektorer placerade på båda sidor av magneten. Magnetfältet böjer de laddade partiklarnas bana och böjer dem genom en viss vinkel omvänt proportionell mot partikelns rörelsemängd. Fältstyrkan i systemet når 1 T. Mellan den skyddande skärmen som förhindrar att magnetfältet tränger in i VELO, och själva magneten finns spårningsstationer (TT), gjorda av kisel. Bakom magneten finns tre stora plan (T1, T2, T3), bestående av gasrör. Dessutom finns det Inner Trackers nära paketet.

Kalorimetersystem

Nästa delsystem i LHCb är kalorimetersystemet . Systemets struktur består av en scintillationsräknare (Scintillating Pad Detector, SPD), en enkellagers förduschdetektor (Pre-Shower Detector, PS), och två stora kalorimetrar av typen "kebab" - elektromagnetisk (Electromagnetic Calorimeter). , ECAL) och hadron (Hadron Calorimeter, HCAL). Huvuduppgiften är att mäta partikelenergier. Det finns också ett urval (genom tvärenergi) av kandidater för den första nivåns utlösare, som avfyrar 4 μs efter kollisionen. Identifieringen av elektroner, fotoner och hadroner utförs genom att söka och analysera energifrigörande kluster i kalorimetrar, samtidigt som man mäter energierna och positionerna för partiklar som har kommit in i kalorimetrarna. Högprecisionsrekonstruktion av energiegenskaperna för π 0 - mesoner och direkta fotoner är en viktig faktor för att bestämma smaken av B-mesonen, vilket är nödvändigt för hela experimentet.

Muon system

Eftersom den totala strålningsväglängden för myonen för dessa energier överstiger detektorns linjära dimensioner, passerar de, till skillnad från andra partiklar, genom hela detektorn rakt igenom. Därför betyder varje inspelat spår i myonkammaren passage av en myon. För att registrera dem installeras ett speciellt myonsystem i änden av detektorn. Den tjänar till att identifiera myoner och generera triggersignalen för den initiala nivån L0. Myonsystemet består av fem stationer M1-M5. Den första stationen är placerad framför det kalorimetriska systemet, resten ligger bakom HCAL hadron-kalorimetern och är åtskilda av ett järnfilter.

Historik

Ansökan om skapande godkändes av LHC Experiments Committee 1995 [5] .

Anteckningar

  1. ↑ Var har all antimateria tagit vägen? . CERN /LHCb (2008). Hämtad 15 juli 2015. Arkiverad från originalet 4 april 2020.
  2. ↑ CERN:s LHCb-experiment rapporterar observation av exotiska pentaquark-partiklar | CERN pressbyrå . Hämtad 15 juli 2015. Arkiverad från originalet 14 juli 2015.
  3. ↑ Rincon, Paul . Large Hadron Collider upptäcker en ny pentaquark-partikel , BBC News  (1 juli 2015). Arkiverad från originalet den 14 juli 2015. Hämtad 14 juli 2015.
  4. ↑ Nyheter om stora Hadron Collider: En annan antydan om standardmodellöverträdelse hittades på LHC . Hämtad 22 april 2017. Arkiverad från originalet 2 februari 2019.
  5. ↑ ATLAS- och CMS-samarbeten fyller 25 år . Hämtad 18 augusti 2017. Arkiverad från originalet 2 februari 2019.

Länkar