Urychlovač LHC na startu nového období urychlování  
Symbolický klíč od urychlovače LHC předali zástupci týmů pracujících na vylepšování zařízení zpátky jeho operátorům. Urychlovač se připravuje po intenzivní rekonstrukci k dalšímu období experimentování. Zároveň se objevují stále nové zajímavé výsledky získané analýzou dat nashromážděných během předchozích dvou period jeho práce. Podívejme se na ně.

Symbolické předání klíče od LHC techniky, kteří se podíleli na jeho rekonstrukci a vylepšení operátorům, kteří budou bdít nad jeho provozem (zdroj CERN).
Symbolické předání klíče od LHC techniky, kteří se podíleli na jeho rekonstrukci a vylepšení operátorům, kteří budou bdít nad jeho provozem (zdroj CERN).

Dne 15. března 2021 předala Maria Barbareno, zastupující techniky pracující na rekonstrukci a vylepšení systémů urychlovače LHC, symbolická klíč Matteovi Solfarolimu, který reprezentoval operátory začínající nyní pracovat na oživování urychlovače a zahájení třetího běhu experimentování s jeho pomocí.

 

Předchozí cyklus experimentování skončil 10 prosince 2018 a od té doby proběhla přestávka pro vylepšení urychlovače a experimentů, které jej využívají, pro práci při vyšších energiích a intenzitách svazku. Práce prodloužila pandemie, ale nyní se už celý systém připravuje k zahájení provozu s novými parametry.

 

K jakým vylepšením došlo?

V druhé dlouhé odstávce se udělala řada změn, které umožní provozovat urychlovač s vyšší intenzitou i energií. Ještě větší kvalitativní skok v parametrech se bude realizovat až v třetí dlouhé odstávce, kdy se urychlovač přebuduje na HL-LHC (High Luminosity – LHC), tedy urychlovač LHC s vysokou luminositou (intenzitou svazku). Ovšem řada prací pro realizaci HL-LHC se udělala už nyní. Vylepšila se zařízení realizující vstříknutí svazku do urychlovače, aby umožnila vyšší efektivitu a intenzitu. Přebudován byl kryogenní systém, který umožňuje udržovat supravodivé magnety na teploty tekutého hélia. Připomeňme, že jejich pracovní teplota je jen 1,9 K nad absolutní nulou. To je nižší, než je teplota ve vesmírném vakuu. Je totiž vyplněno reliktním zářením z počátku našeho vesmíru, které má nyní teplotu 2,7 K. Posílil se výkon heliových chladících jednotek, kterých je celkově osm. Větší intenzita svazku i energie potřebuje posílit chladící výkon hlavně těch, které obsluhují místa s rezonančními urychlovacími trubicemi. Nyní se už dostaly na úroveň potřebnou pro fázi HL-LHC.

 

Nové turbíny a tepelné výměníky, které byly instalovány do heliových chladících jednotek (zdroj CERN).
Nové turbíny a tepelné výměníky, které byly instalovány do heliových chladících jednotek (zdroj CERN).

Zároveň se instalovaly nové vylepšené kolimátory. Nejdůležitější však byla kontrola, vylepšení a částečná výměna supravodivých magnetů. Vyměnilo se nakonec 22 hlavních magnetů, 19 bylo dipólových, které se používají k udržení svazku na kruhové dráze, tři pak byly kvadrupólové, které se využívají k fokusaci svazku. Celkově má LHC 1232 dipólových magnetů. Ty všechny bylo potřeba zkontrolovat, vyčistit a vylepšit. Hlavní kontrola a testy se týkaly jejich supravodivých propojení a jejich izolace. Na jejich kvalitě hlavně závisí dosažitelné maximum procházejícího proudu a tím i maximální magnetická indukce, kterou magnet poskytne. Nyní by tak měla být dosažitelná maximální energie plánovaná pro LHC, která je 7 TeV. Energie dostupná v těžišti tak bude 14 TeV. Po důkladných testech pak bylo zahájeno ochlazování prvního z osmi sektorů LHC.

 

Část týmu, který realizoval kontrolu magnetů, a hlavně jejich vodivých propojení, oslavuje dokončení své práce (zdroj CERN).
Část týmu, který realizoval kontrolu magnetů, a hlavně jejich vodivých propojení, oslavuje dokončení své práce (zdroj CERN).

Během rekonstrukce se opravila a rekonstruovala všechna problematická místa, na která se narazilo během předchozího experimentování. Práce byly pochopitelně ovlivněny koronavirovou pandemií, která zhoršila možnosti příjezdu do laboratoře CERN pro řadu zahraničních odborníků. Došlo tak k jistým zdržením.

Generální rekonstrukcí prošel nejen urychlovač LHC, ale celý systém urychlovačů, které se pro něj využívají jako předurychlovače. Mezi nimi byl i protonový synchrotron PS, který je v současné době nejstarším urychlovačem v laboratoři CERN. Ten se po dva roky trvající intenzivní generálce znovu rozběhl začátkem března 2021. Ionty produkované iontovým zdrojem projdou nejdříve lineárním vysokofrekvenčním urychlovačem LINAC4 a pak si je kruhový synchrotron PSBooster a následuje zmíněný synchrotron PS. Ten je srdcem celé řady experimentů. Kromě urychlovače SPS, který může posílat svazek dále do srážeče LHC nebo pro experimenty s pevným terčem využívající přímo svazek SPS, využívá svazek z PS i zařízení na produkci antiprotonů a jejich zpomalovač. Velmi intenzivně se využívá k experimentům s pevnými terči i přímo svazek urychlovače PS. Zde se kromě primárního svazku produkuje pomocí terčů celá řada různých svazků sekundárních částic. Pomocí nich se realizují i radiační testy elektroniky, detektorů i zařízení pro vesmírné sondy. Komplexní renovace umožnila zvýšení intenzity i energie svazku.

Instalace nového magnetu na urychlovači PS (Protonový Synchrotron) (zdroj CERN).
Instalace nového magnetu na urychlovači PS (Protonový Synchrotron) (zdroj CERN).

Celý urychlovačový komplex, a hlavně LHC, by se po náročné rekonstrukci a pečlivém testování měly uvést do provozu na podzim tohoto roku. Měly by se rozběhnout na konci září 2021, což reprezentuje posun oproti původním plánům způsobený pandemií o čtyři měsíce. Začne tak třetí běh experimentování a my se můžeme těšit na další zajímavé výsledky.

 

Nový malý ale šikovný experiment FASER.

Během této přestávky došlo také k instalaci nového menšího experimentu s označením FASER (Forward Search Experiment). Podobně, jako například v případě experimentu TOTEM, jde o zařízení, které studuje částice letící do velmi malých úhlů vůči původnímu směru svazku. V případě experimentu FASER však půjde o hledání interakcí vysokoenergetických neutrin a hypotetických pouze elektromagneticky a slabě. Některé z těch zmíněných hypotetických částic mají relativně dlouhou dobu života a mohou během ní uletět i stovky metrů, než se rozpadnou. Existenci takových částic předpovídají hypotézy za Standardním modelem hmoty a interakcí a mohly by vysvětlit i původ temné hmoty.

Zařízení FASER je umístěno zhruba 480 metrů od interakčního místa experimentu ATLAS v nevyužívaném tunelu, který kdysi spojoval urychlovač SPS a LEP, který byl v tunelu LHC dříve. Jde o optimální místo pro detekci částic vznikajících v rozpadu zmíněných hypotetických částic. Potřebné rozšíření prostor v tunelu pro umístění detekční sestavy o délce pět metrů se začalo razit v květnu 2020. Během léta se instalovalo první servisní zařízení a zdroje elektřiny. Na podzim pak byly instalovány tři magnety experimentu FASER.

 

Instalace experimentu FASER (zdroj CERN).
Instalace experimentu FASER (zdroj CERN).

Jde o malý, relativně jednoduchý, ale velmi šikovně udělaný experiment. Využil řadu záložních a přebývajících detekčních systémů a zařízení z velkých experimentů. Sestava začíná dvěma vrstvami scintilačních detektorů, které fungují jako veto pro nabité částice, které vznikly v interakcích v experimentu ATLAS, většinou jde o miony. Ty by totiž vytvářely nežádoucí pozadí, na kterém by se ztrácely produkty rozpadu hledaných hypotetických neutrálních částic. Pak následuje 1,5 m dlouhý dipólový magnet, který definuje prostor, ve kterém se předpokládá rozpad hypotetických neutrálních částic na páry lehkých nabitých částic s opačným nábojem (elektron a pozitron nebo mion a antimion) nebo dvojice fotonů gama. Za tímto prostorem je spektrometr pro nabité částice složený ze dvou jednometrových dipólových magnetů a tři dráhových detekčních stanic umístěných na začátku, mezi magnety a na konci. Detekční stanice jsou složeny z vrstev křemíkových stripových detektorů, které jsou převzaty z experimentu ATLAS. Spektrometr umožní identifikovat páry částic a určit jejich hybnosti. Před spektrometrem a za ním jsou stanice ze scintilačních detektorů, které měří přesné časy průletů částic. Tím získají jejich rychlost. Na konci je elektromagnetický kalorimetr, který určuje celkovou energii nabitých elektronů a pozitronů i fotonů gama. Ten pochází z experimentu LHCb.

Navíc je zde ještě systém detektorů pro zachycení neutrin založený na kombinaci vrstev olova pro interakci neutrina a fólií s emulzí pro detekci jejich produktů. Tento detektor by měl být instalován do konce tohoto roku a pracovat začne v roce 2022. Bude to první detektor, který bude detekovat vysokoenergetická neutrina ve srážkách na LHC. Zatím se informace o neutrinech získávala nepřímo z chybějící energie na základě zákonů zachování energie a hybnosti.

 

Co nového řekla analýza předchozích dat?

Podrobný rozbor dosavadních výsledků získaných pomocí urychlovače LHC během prvních dvou období experimentování je v článku na Oslovi z dubna minulého roku. V tomto článku je i analýza toho, jak by mohly vypadat následovníci urychlovače LHC. Za poslední rok se podařilo získat nové zajímavé informace, podívejme se na ně podrobněji. I letos se budeme hodně opírat o prezentace přednesené na tradiční každoroční konferenci v Moriondu. Připomeňme, že urychlovač LHC dodává svazky třem velkým detektorům. Největší z nich ATLAS a CMS jsou zaměřeny na hledání nových částic a stojí za objevem higgsova bosonu. Detektor LHCb je zaměřen na studium hadronů obsahující druhý nejtěžší kvark b a hledání rozdílů mezi chováním tohoto kvarku a antikvarku. Zkoumají se tak důležité fyzikální symetrie a zákony zachování, které s nimi souvisí. Experiment ALICE se pak zaměřuje na studium velice horké a husté jaderné hmoty, zvláště vlastností kvark-gluonového plazmatu, ve srážkách jader olova. I když každý z těchto detekčních systémů pochopitelně proniká i do jiných oblastí jaderné a částicové fyziky. V následujícím textu budeme mluvit o Standardním modelu hmoty a interakcí a spoustě různých částic. Kdo si chce zoologii těchto částic připomenout a lépe se v nich vyznat, může nahlédnout do následujícího článku.

 

Hledání známek nové fyziky

Vlevo je Feynmanův diagram zobrazující základní příspěvek k rozpadu mezonu B+ na K+ mezon a dvojici leptonů. Realizuje se s účastí těžkých virtuální bosonů a kvarků. Napravo je příspěvek, který by šel přes hypotetický leptokvark. Jeho příspěvek by mohl ovlivnit pravděpodobnost vzniku různých dvojic leptonů a dal nám tak informaci o vlastnostech leptokvarku (třeba jeho hmotnosti) a nové fyzice. (Zdroj arXiv:2103.11769v1)
Vlevo je Feynmanův diagram zobrazující základní příspěvek k rozpadu mezonu B+ na K+ mezon a dvojici leptonů. Realizuje se s účastí těžkých virtuální bosonů a kvarků. Napravo je příspěvek, který by šel přes hypotetický leptokvark. Jeho příspěvek by mohl ovlivnit pravděpodobnost vzniku různých dvojic leptonů a dal nám tak informaci o vlastnostech leptokvarku (třeba jeho hmotnosti) a nové fyzice. (Zdroj arXiv:2103.11769v1)

Nejatraktivnější je pochopitelně hledání náznaků nové exotické fyziky za hranicemi Standardního modelu hmoty a interakcí. Hledání nových hypotetických částic vede ke stále detailnější analýze a posunování limitů na jejich hmotnost a další vlastnosti. Je však stále pravděpodobnější, že energie LHC a případných následovníků, které by ji neměly mít dramaticky vyšší, na přímý objev takových částic nestačí. Proto se hledání známek nové fyziky za Standardním modelem hmoty a interakcí soustřeďuje na zkoumání narušení některých zákonů zachování a hledání asymetrií. Dominantně se k tomu hodí rozpady, které jsou realizovány elektromagnetickou nebo slabou interakcí, a navíc hlavně ty, jejichž pravděpodobnost je i dále silně potlačena.

 

Většinou tak jde i o produkci a rozpady částic, které jsou extrémně vzácné a jejich hledání na obrovském pozadí jiných reakcí a rozpadů je velmi náročné. I to je důvod, proč řada současných nových výsledků v této oblasti potřebovala tak dlouhou a náročnou analýzu dříve získaných dat.

 

Testování leptonové univerzality

Zatím nejslibnější náznakem odchylky o Standardního modelu hmoty interakcí je nejnověji publikované pozorování získané experimentem LHCb. Ten se zaměřil na analýzu rozpadu mezonu B+, který obsahuje druhý nejtěžší kvark b, na podivný mezon K+, který obsahuje podivný s kvark, a dvojice elektron a pozitron nebo mion a antimion. Pomocí těchto rozpadů a poměru jejich pravděpodobností se snažil ověřit platnost tzv. leptonové univerzality. Ta je v základech zmíněného standardního modelu a podle ní by na různé typy leptonů (elektrony, miony a tauony) měly interakce, které jsou součástí standardního modelu, působit stejně. Znamená to, že v rozpadech, kde vznikají zmíněné dvojice leptonu a antileptonu, by rozdíl v pravděpodobnosti jejich produkce měl být vyvoláván pouze rozdílem jejich hmotnosti. Při přeměně B+ mezonu na K+ mezon se kvark b musí přeměnit na s kvark. To lze pouze slabou interakcí a za přítomnosti virtuálních částic standardního modelu s velmi velkou hmotností (například W+ a Z bosonů). Pravděpodobnost takové přeměny je velmi silně potlačena, zmíněné rozpady se tak realizují v méně než miliontině případů. Je tak větší šance, že se projeví i přeměny zprostředkované novou fyzikou a jejími částicemi, například hypotetickými leptokvarky.

Ukázka selekčních kritérii pro výběr různé kanály rozpadů B+ mezonů (zdroj prezentace R. D. Mose na konferenci Moriond EW 2021).
Ukázka selekčních kritérii pro výběr různé kanály rozpadů B+ mezonů (zdroj prezentace R. D. Mose na konferenci Moriond EW 2021).

V případě rozpad B+ mezonu na K+ mezon a leptonový pár však tento rozdíl hmotnosti hraje malou roli. Klidová energie (hmotnost) nabitého B mezonu je zhruba 5 280 MeV, je tedy 5,6krát těžší než proton. Hmotnost nabitého K mezonu je 494 MeV. Hmotnost mionu je 106 MeV a elektronu 0,5 MeV. Energie uvolněná při rozpadu nabitého B mezonu na K mezon a mionový pár je tak 4 574 MeV a při vzniku páru elektron a pozitron je 4 785 MeV. Rozdíl je tak pouze okolo 4 %. Připomeňme, že tauon má hmotnost 1776 MeV, takže při rozpadu nabitého B mezonu na K mezon a pár tauon a antitauon by se uvolnila pouze energie 1234 MeV. Pravděpodobnost rozpadu do tohoto kanálu je tak významně potlačena.

 

Pravděpodobnost rozpadu B+ mezonu do kanálu se vznikem páru mion a antimion je o něco menší, než je tomu u rozpadu se vznikem páru elektron a pozitron. Určená hodnota tohoto poměru je 0,846, přičemž systematické nejistoty mají velikost 0,013 a statistické okolo 0,042. Vysoké přesnosti bylo dosaženo i díky tomu, že se pravděpodobnosti přímého rozpadu na leptonové páry mohly normovat k pravděpodobnosti rozpadu na mezony K+ a J/ψ. Takový rozpad má řádově vyšší pravděpodobnost a zároveň se neutrální J/ψ mezon rozpadá na páry mionu a antimionu a elektronu a pozitronu.

 

Invariantní hmotnost rozpadajícího se mezonu B+ získaná z rovnice speciální teorie relativity a energií a hybností vzniklých sekundárních částic. Nahoře jde o případy, kdy přímo vznikla dvojice leptonů a dole pak případy, kdy vznikl napřed mezon J/ψ, a teprve posléze se rozpadl na leptonový pár. Dolní případy byly využito pro normování a kontrolu. (Zdroj arXiv:2103.11769v1)
Invariantní hmotnost rozpadajícího se mezonu B+ získaná z rovnice speciální teorie relativity a energií a hybností vzniklých sekundárních částic. Nahoře jde o případy, kdy přímo vznikla dvojice leptonů a dole pak případy, kdy vznikl napřed mezon J/ψ, a teprve posléze se rozpadl na leptonový pár. Dolní případy byly využito pro normování a kontrolu. (Zdroj arXiv:2103.11769v1)

Je vidět, že rozdíl poměru od jedničky už dosahuje hodnoty tří sigma, což už naznačuje, že by mohlo jít o reálný rozdíl. Rozdíl předpovídaný standardním modelem, který plyne z rozdílu hmotnosti mionu a elektronu, je pouze 0,001. Jde tak zatím o nejslibnější náznak existence nové fyziky. Velice slibné je i to, že statistická nejistota převládá nad systematickou. Se spuštěním rekonstruovaného urychlovače LHC se svazkem s vyšší energií a intenzitou bude možné statistiku daných rozpadů násobně zvýšit a měření významně zpřesnit.

 

Srovnání výsledků měření poměru produkce páru mionu a antimionů a páru elektronu a pozitronu v rozpadech B+ mezonu na K+ mezon a pár lepton a antilepton z experimentu LHCb a předchozích experimentů Belle (laboratoře KEK Japonsko) a BaBar (urychlovač SLAC v USA). (Zdroj arXiv:2103.11769v1)
Srovnání výsledků měření poměru produkce páru mionu a antimionů a páru elektronu a pozitronu v rozpadech B+ mezonu na K+ mezon a pár lepton a antilepton z experimentu LHCb a předchozích experimentů Belle (laboratoře KEK Japonsko) a BaBar (urychlovač SLAC v USA). (Zdroj arXiv:2103.11769v1)

Rozdíly v kanálech rozpadu částic obsahující b kvarky, které obsahují pár mionu a antimionu a pár elektronu a pozitronu už byl pozorován v předchozích experimentech. Jedním z nich byla analýza, která se týkala rozpadu baryonu místo mezonu. Zkoumanou částicí byl v tomto případě baryon Λ0b. Jde o neutrální částici s hmotností 5620 MeV, která obsahuje jeden kvark b. Jedním z kanálu jejího rozpadu s podílem méně, než miliontina případů, je rozpad na proton, nabitý mezon K- a pár leptonů, tedy buď dvojici mion a antimion nebo pár elektronu a pozitronu. V tomto případě je opět pravděpodobnost rozpadu se vznikem páru mion a antimion o trochu nižší, než rozpad s produkcí elektronu a pozitronu. Poměr je v tomto případě 0,85 a statistická nejistota 0,15. I zde je velký potenciál v budoucím zvýšení statistiky a zpřesnění tohoto poměru.

Už v přehledu z minulého roku jsme psali o dalších extrémně vzácných rozpadech, tentokrát neutrální mezonů Bs0 a B0 na páry mion a antimion (Bs0 → μ+μ- a B0 → μ+μ-). V tomto roce uveřejnil experiment LHCb upřesněnou analýzu. Ta však hodnotu posunula blíže k předpovědi standardního modelu, od které se neliší více než o jedno sigma. Existují ještě další vzácné rozpady, kde se hledají odchylky od standardního modelu. Pozorují se sice posuny, ale nedosahují ani tří sigma. Zatím tedy zůstává nejslibnějším výsledkem rozpad nabitého B mezonu na nabitý K mezon a pár leptonu a antileptonu. Na závěr této části možná jen připomenutí, že vzácné rozpady se dají studovat i u lehčích mezonů K s využitím menšího urychlovače SPS, který funguje jako předurychlovač LHC. Psali jsme o tom v nedávném článku.

 

Výrazné zpřesnění mícháni higgse s různými částicemi v experimentu CMS, hlavně u lehkého mionů. (Zdroj prezentace R. Gerosa na konferenci Moriond EW 2021).
Výrazné zpřesnění mícháni higgse s různými částicemi v experimentu CMS, hlavně u lehkého mionů. (Zdroj prezentace R. Gerosa na konferenci Moriond EW 2021).

Přesné studium vlastností Standardního modelu hmoty a interakcí.

Pokračuje zpřesňování hodnot určení hmotnosti higgse a bosonů W+, W- a Z i dalších jejich vlastností. Zpřesňování se týká i míchání higgse s dalšími částicemi, jehož intenzita roste s hmotností částice. Jak je vidět na grafu, podařilo se velmi zpřesnit hlavně míchání s lehkým mionem a stále přesněji se potvrzuje, že pozorovaný higgs je přesně ten nejjednodušší higgs předpovídaný standardním modelem (viz přerušovaná přímka v daném grafu). Podařilo se pozorovat první náznaky produkce tzv. Dalitzova páru leptonu a antileptonu v rozpadu higgse. Dalitzův pár vzniká prostřednictvím virtuálního fotonu a jde o velmi vzácný typ rozpadu. Stejně cenným úlovkem je pozorování současné produkce tří bozonů najednou v jedné srážce. Snaha o pozorování těchto velice vzácných typů interakcí a rozpadů není samoúčelná. Přispívá k dramatickému poznání elektroslabé interakce a hledání exotické fyziky.

 

Rozpad higgse na foton (světle zelená) a pár mion a antimion vznikající z Dalitzova rozpadu (dvě červené linky), (zdroj CERN).
Rozpad higgse na foton (světle zelená) a pár mion a antimion vznikající z Dalitzova rozpadu (dvě červené linky), (zdroj CERN).

Jedním z testů standardního modelu je produkce těch nejtěžších kvarků. Experimentů ATLAS a CMS se poprvé podařilo prokázat společnou produkci čtveřice nejtěžších kvarků t, tedy dvou dvojic kvarku t a antikvarku t. Kvark t je tak těžký, že se rozpadá tak rychle, že nestíhá hadronizovat a přemění se na lehčí kvark dříve, než by se stihl spojit s jinými kvarky do hadronu. Neexistují tak hadrony s kvarkem t.

 

Velmi vzácný typ srážky, při které v jedné interakci vznikly tři bosony. V daném případě to byla kombinace W, Z a Z. (Zdroj CERN).
Velmi vzácný typ srážky, při které v jedné interakci vznikly tři bosony. V daném případě to byla kombinace W, Z a Z. (Zdroj CERN).

Urychlovač umožňuje masivní produkci těžkých kvarků c a b, které na rozdíl od nejtěžšího kvarku t mohou vytvářet hadrony. Experimentům na LHC se zatím podařilo objevit téměř 60 nových hadronů. Kromě mezonů, které se skládají z jednoho kvarku a jednoho antikvarku a baryonů, které se skládají ze tří kvarků, se konečně podařilo prokázat existenci i tetrakvarků složených ze dvou kvarků a dvou antikvarků i pentakvarků složených ze tří kvarků a dvojice kvarku a antikvarku. Situace okolo tetrakvarků a pentakvarků a otázky, zda se jedná o multikvarkový systém nebo „hadronovou molekulu“, jsou rozebrány v nedávném článku.

 

Pomocí LHC bylo objeveno za deset let činnosti LHC celkově už 59 hadronů obsahující těžké kvarky c a b (lehké kvarky u, d a s jsou označeny jako q). Kromě mesonů a baryonů se podařilo objevit i tetrakvarky a pentakvarky. (Zdroj prezentace S. Mitchell na konferenci Moriond QCD 2021).
Pomocí LHC bylo objeveno za deset let činnosti LHC celkově už 59 hadronů obsahující těžké kvarky c a b (lehké kvarky u, d a s jsou označeny jako q). Kromě mesonů a baryonů se podařilo objevit i tetrakvarky a pentakvarky. (Zdroj prezentace S. Mitchell na konferenci Moriond QCD 2021).

Fotony jsou zprostředkující částice elektromagnetické interakce. Přestože stojí za elektrickou interakcí, samotné fotony nenesou elektrický náboj a nemohou tak mezi sebou díky němu interagovat, a tedy i vytvořit vázaný systém fotonů. Naopak gluony nesou náboj silné interakce, který se označuje jako barva. Mohou tak mezi sebou silně interagovat a vytvářet vázané systémy, které se označují jako gluebally. Tři gluony, a další systémy s lichým počtem gluonů, mohou vytvořit objekt z hlediska silné interakce neutrální, podobně jako jsou hadrony. Z hlediska silné interakce neutrální systém tří gluonů se označuje jako odderon a jeho možná existence byla předpovězena v roce 1973. Nalézt alespoň nepřímou evidenci jeho existence je možné v pružných srážkách protonů s velmi vysokou energií. Při nich se protony odchylují jen minimálně od své dráhy. Musí se tak pro jejich detekci a určení průběhu těchto srážek využít speciální sestava detektorů ve velké vzdálenosti od místa srážky a velmi blízko dráze svazku. Takovou má jeden z malých experimentů na LHC, který se označuje jako TOTEM. Podobné pružné srážky studoval při nižších energiích i experiment D0 využívající urychlovač Tevatron v americké laboratoři Fermilab. Společná analýza těchto dat ukázala, že není možné jejich průběh vysvětlit bez existence odderonu. Takže k hadronům, u kterých nyní máme i tetrakvarky a pentakvarky, přistupuje i částice složená ze tří gluonů, tedy glueball ze tří gluonů.

 

Experiment TOTEM přispěl k objevu systému složeného ze tří glueballů – odderonu (zdroj CERN).
Experiment TOTEM přispěl k objevu systému složeného ze tří glueballů – odderonu (zdroj CERN).

Závěr

Urychlovač LHC se po více než dvouleté přestávce opět probouzí. Jeho předurychlovače už testují urychlování jader protonů. Na podzim se tak můžeme těšit na srážky protonů a později i jader za ještě větších energií, a hlavně s vyšší intenzitou. Zajistí se tak vyšší statistika, což je klíčové pro hledání příznaků nové exotické fyziky za Standardním modelem hmoty a interakcí. Velmi nadějně tak vypadá pozorování narušení leptonové univerzality v rozpadech nabitých B mezonů. V hadronové zoologické zahradě se stále více zabydlují mezony a baryony i s větším počtem těžkých kvarků c a b. Stále více je i tetrakvarků a pentakvarků. Dokonce se podařilo prokázat existenci gluebollu ze tří gluonů – odderonu. S vylepšeným urychlovačem LHC se můžeme na příštích konferencích v Moriondu, a nejen tam, těšit na prezentace opravdu zajímavých objevů.

 

Populární kreslené video o tom, jak funguje urychlovač:

Datum: 31.03.2021
Tisk článku


Diskuze:

LHC

Jará Šustr,2021-04-01 13:01:20

Víte proč vznikl LHC, aby měli absolventi kvantové fyziky kde pracovat.
Je to taková omluva státu respektive ministerstva školství za studijní obor kvantové fyziky.
Každý normální člověk dobře ví, že je to jenom čarodějnictví.

Odpovědět


Re: LHC

Zdeněk Votava,2021-04-01 13:49:18

Jako magie či čarodějnictví se jeví každá dostatečně pokročilá technologie. A s revizí RVP, kdy na základních školách nebudeme učit Ohmův zákon a Newtonovy zákony, protože jsou moc těžké, to dopadne tak, že magií bude i stisknutí vypínače na rozsvícení světla. Když to vezmu do důsledku, tak to je magie pro spoustu lidí už teď. Na jednu stranu normálně vzdělaný člověk by měl asi znát řetězec elektrárna - rozvodná soustava - spotřebitel, ale když se to začne pitvat podrobněji, postupně se dostaneme k tomu, že jsou opravdu potřeba odborníci. Elektrárna, dejme tomu tepelná: spalování paliva - teplo - ohřev vody - pára - turbína - generátor - transformátor... Každý ten kousek by měl být člověku, který prošel ZŠ v základním principu jasný, ale zkuste si třeba ten transformátor navrhnout a spočítat. To už není jen základní fyzika, ale spousta dalších inženýrských poznatků (elektro, strojní, přenos tepla, ...). Zkrátka magie i bez té kvantovky.

Odpovědět


Re: Re: LHC

Jará Šustr,2021-04-01 14:05:36

No, ono je to ve své podstatě prosté-jednoduché to jenom ty vědátoři asi pro nedostatek jiné práce z toho udělali takový guláš. :D

Odpovědět


Re: Re: LHC

Jará Šustr,2021-04-01 14:33:06

"Informace o rychlosti, hmotnosti a elektrickém náboji částice pomohou fyzikům zjistit identitu dané částice."
wiki

Odpovědět


Re: Re: LHC

Jará Šustr,2021-04-01 19:04:23

"Každý rok to bude dostatek informací na naplnění kapacity takového počtu CD, že by se z nich dal postavit 20 km vysoký sloup (cca 15 Petabajtů = 15 milionů GB)."
Začíná to připomínat teorii strun, která má prý 10 na 127 000 interpretací.
Při takových číslech je možné z toho vytáhnout cokoli, ne?

Odpovědět


Re: Re: LHC

Jará Šustr,2021-04-01 19:58:34

"Zatím se informace o neutrinech získávala nepřímo z chybějící energie na základě zákonů zachování energie a hybnosti."
Tohoto jsem se také všiml, když někde něco chybí nebo nevychází vrazí tam neutrino. Tím asi nejde nic zkazit. (Babica) :D

Odpovědět


Re: Re: LHC

Jará Šustr,2021-04-01 20:13:04

"Je vidět, že rozdíl poměru od jedničky už dosahuje hodnoty tří sigma, což už naznačuje, že by mohlo jít o reálný rozdíl. Rozdíl předpovídaný standardním modelem, který plyne z rozdílu hmotnosti mionu a elektronu, je pouze 0,001. Jde tak zatím o nejslibnější náznak existence nové fyziky."

Grygar říkal víc jak 5 sigma jinak smolík.

https://youtu.be/UCS-jgehLIU?t=6772

Odpovědět


Re: LHC

Pavel Hudecek,2021-04-01 18:12:28

Přemýšlel jsem, zda by bez absolventů kvantovky šlo číst Osla:-)

Dospěl jsem k závěru, že ano. Jó to byly časy:
1. Do telefonní zásuvky zapojíte modem 14,4 kBit (ne giga, ani mega, opravdu kilo)
2. Na počítači s procesorem Intel 286 s 1 mega RAM a 80 mega HDD pustíte terminál (koukáte na CRT monitor, rozlišení 640x480)
3. Napíšete ATDP a telefonní číslo BBS na které běží Osel, zmáčknete enter
4. Začnou se ozývat kíkavé a chrastivé zvuky, náhle ztichnou a v terminálu se objeví Connected, pak Vitejte na BBS Osel. Pod tím seznam článků a Zadejte cislo clanku a stisknete Enter, nebo X pro disconnect.

Poznámka: Jen teda bez tý kvantovky by se klasičtí technici k té NMOS technologii metodou pokus-omyl propracovali až tak v roce 2050, teď bychom byli rádi za první tranzistorový rádio:-)

Odpovědět

Detaily

Mintaka Earthian,2021-03-31 17:36:06

Dobrý den

Děkuji za další zajímavý článek.

Měl bych dotaz k větě: "...k udržení svazku na kruhové dráze..."
Kdysi jsem se bavil s jedním z techniků z LHC a jestli jsem to dobře pochopil, tak tunel/dráha ve které je svazek urychlován není kruhová, ale oválná, aby se ušetřilo na magnetech. Je to tak, nebo jsem to jen špatně pochopil?

Odpovědět


Re: Detaily

Vladimír Wagner,2021-03-31 18:11:46

Kruhová dráha je zjednodušení, u synchrotronů nebývá celá dráha kontinuálně pokrytá dipólovými magnety, takže v reálu je mnohem komplikovanější. V přiblížení, v jakém se o tom mluvilo zde, je však aproximace kruhovou dráhou OK.

Odpovědět


Re: Re: Detaily

Mintaka Earthian,2021-03-31 18:12:27

Děkuji za upřesnění.

Odpovědět



Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace