LHCb

Coordonate : 46 ° 14'27.64 "N 6 ° 05'48.96" E / 46.241011 ° N 6.096933 ° E 46.241011; 6.096933

Collider mare de hadroni (LHC)
Lanțul acceleratorilor CERN, organizat în etape succesive de accelerație care se încheie cu injecția în LHC .
Experimente LHC
ATLAS	Un aparat LHC toroidal
CMS	Solenoid compact de muon
LHCb	LHC-frumusețe
ALICE	Un experiment mare de coliziune de ioni
TOTEM	Secțiune transversală totală, împrăștiere elastică și disociere prin difracție
LHCf	LHC-înainte
MoEDAL	Detector monopol și exotice la LHC
Preîncărcătoare LHC
de ex. Pb	Acceleratoare liniare de protoni (Linac 2) și plumb (Linac 3)
(nu este indicat)	Proton Synchrotron Booster
PS	Sincrotron de protoni
SPS	Sincrotron Super Proton

LHCb ( acronim pentru Large Hadron Collider beauty ) este un experiment al acceleratorului LHC al CERN care își propune să măsoare parametrii încălcării simetriei Charity-Parity (CP) și a dezintegrărilor și fenomenelor rare legate de hadronii în care quarkul frumusețe ( quark b ), de unde și numele experimentului.

Motive fizice

Sigla LHCb, puteți vedea inițialele CP tăiate, simbol al încălcării CP

Deși studiile asupra fizicii aromelor grele efectuate în experimente anterioare (de exemplu BaBar , Belle , CDF și DØ ), sunt pe scară largă compatibile cu mecanismul CKM și, prin urmare, cu Modelul Standard , alte fenomene relevă prezența posibilă a fizicii care nu poate fi explicat prin acest șablon.

În special, încălcarea simetriei CP măsurată în decăderile mezonilor K și B nu ar fi suficientă pentru a genera asimetria dintre materie și antimaterie prezentă în prezent în univers. Prin urmare, ar fi necesare noi surse de încălcare a acestei simetrii și ar putea fi explicate prin noi modele (de exemplu, Supersimetrie ). Aceste noi modele prevăd, de asemenea, o creștere a probabilității de descompunere pentru dezintegrări rare sau complet interzise în cadrul modelului standard.

Experimentul LHCb își propune să studieze în detaliu fizica hadronilor cu quark $\mathrm {b}$ ${\ displaystyle \ mathrm {b}}$ ${\ displaystyle \ mathrm {b}}$ , dar și-a extins programul la fizica hadronilor cu quark $\mathrm {c}$ ${\ displaystyle \ mathrm {c}}$ ${\ displaystyle \ mathrm {c}}$ și $\mathrm {s}$ ${\ displaystyle \ mathrm {s}}$ ${\ displaystyle \ mathrm {s}}$ , precum și efectuarea de studii în domeniul interacțiunii electrodebole și, recent, și în domeniul interacțiunilor dintre protoni și ioni grei.

Detectorul LHCb

Experimentul LHCb ^[1] studiază coliziunile de protoni produse de acceleratorul LHC la energii cuprinse între 7 și 13 TeV (până la 14 TeV în viitor). În aceste condiții secțiunea transversală pentru producerea de perechi de quark $\mathrm {b{\bar {b}}}$ ${\ displaystyle \ mathrm {b {\ bar {b}}}}$ ${\ displaystyle \ mathrm {b {\ bar {b}}}}$ este de ordinul a sute de microbarnuri (exact 295 și 560 μb ). La LHCb, luminozitatea celor două fascicule de protoni este menținută la niveluri mai mici decât în experimentele ATLAS și CMS, deoarece sunt preferate evenimentele cu o singură interacțiune proton-proton per eveniment, care sunt mai ușor de analizat. Ocuparea mai mică a detectorului scade, de asemenea, daunele cauzate de radiații. În aceste condiții aprox $10^{12}$ ${\ displaystyle 10 ^ {12}}$ $10 ^ {{12}}$ perechi de $\mathrm {b{\bar {b}}}$ ${\ displaystyle \ mathrm {b {\ bar {b}}}}$ ${\ displaystyle \ mathrm {b {\ bar {b}}}}$ pe an.

Detectorul experimentului LHCb este un spectrometru cu un singur braț plasat în fața zonei de interacțiune cu o acoperire unghiulară de la 10 mrad la 300 (250) mrad în plan orizontal (vertical). Această alegere a fost făcută deoarece hadronii cu b și cu anti-b, la energiile de mai sus, sunt produși în principal în aceeași regiune înainte sau înapoi față de zona de interacțiune. Regiunea simetrică față de experimentul LHCb, din spatele punctului de interacțiune, nu a fost exploatată din cauza lipsei de spațiu și a oportunității științifice. De fapt, colaborarea a decis, tot din motive economice, să nu mărească tunelul preexistent, deja ocupat de experimentul DELPHI , la acceleratorul LEP anterior.

Cerințe

Având în vedere că LHCb trebuie să detecteze degradări rare ale mezonilor B într-un mediu cu fond ridicat și rate ridicate, principalele caracteristici ale sistemului de detectare trebuie să fie următoarele:

trebuie să fie posibil să se determine cu precizie micrometrică poziția vârfurilor primare ale interacțiunii proton-proton și poziția vârfurilor de dezintegrare secundare ale mezonilor B, pentru a măsura timpul de decădere adecvat cu o precizie adecvată. Rezoluția temporală trebuie să fie mare, de ordinul a zeci de femto secunde, în special pentru a putea rezolva oscilația mezonului $B_{s}$ ${\ displaystyle B_ {s}}$ ${\ displaystyle B_ {s}}$ și, în general, asimetriile dependente de timp. Mai mult, o rezoluție bună pe vârfuri este importantă deoarece prezența unui vârf secundar îndepărtat de vârful primar este semnătura distinctivă a unei descompuneri a unui hadron cu b;
LHCb trebuie să fie echipat cu un sistem eficient și selectiv de identificare a particulelor. În special, este necesar să se distingă leptonii ( $Și$ ${\ displaystyle e}$ $Și$ / $\mu$ ${\ displaystyle \ mu}$ $\ mu$ ) pentru declanșator și pentru etichetarea B , dar mai ales pentru a discrimina $\pi$ ${\ displaystyle \ pi}$ $\ pi$ / $K.$ ${\ displaystyle K}$ $K.$ într-o regiune de impuls largă, variind între unele GeV și 100 GeV. LHCb trebuie, de asemenea, să fie echipat cu un sistem de identificare pentru particule neutre, leptoni și hadroni, care să fie utilizat atât pentru necesitățile declanșatorului, cât și pentru reconstrucția offline a evenimentelor dobândite;
rezoluția invariantă de masă trebuie să fie de așa natură încât să respingă efectiv fundalul combinatorial datorită combinației aleatorii a urmelor. Prin urmare, este necesar să se măsoare pulsul particulelor cu precizie ridicată;
LHCb trebuie să fie, de asemenea, echipat cu un sistem de declanșare rapid și eficient, organizat pe mai multe niveluri, aplicat în cascadă, pentru a fi utilizat pentru a selecta evenimentele în care a avut loc o producție de mezoni B și a respinge fundalul alcătuit din evenimente cu producție de quark. farmec ușor sau cuarț. Acest lucru se realizează prin selectarea particulelor cu impuls transversal ridicat și vârfuri de dezintegrare secundare departe de vârful primar.

Subdetectoare

Detectorul de vertex (VELO - vertex locator ) este construit în jurul regiunii de interacțiune dintre protoni. Este folosit pentru a determina traiectoria particulelor apropiate de punctul de interacțiune pentru a identifica cu precizie punctul de interacțiune al celor doi protoni (vârful primar) și al celor de descompunere a mezonilor (vârfurile secundare).

Sistemul principal de urmărire constă din două planuri de detectoare de urmărire plasate înaintea unui magnet dipol și din trei planuri plasate după acesta. Acestea garantează o măsurare a traiectoriei particulelor încărcate și a impulsului lor datorită curburii impresionate de câmpul magnetic.

Înainte și după sistemul de urmărire, există doi detectoare de efect Cherenkov numite RICH1 și RICH2, unde RICH înseamnă Detector Cherenkov cu imagistică inelară . Acestea sunt exploatate pentru identificarea particulelor încărcate cu impulsuri mici și mari prin măsurarea vitezei lor prin intermediul efectului menționat anterior.

Calorimetrele electromagnetice (ECAL) și hadronice (HCAL) asigură măsura „ energiei electronilor , fotonilor și hadronilor . Aceste măsurători sunt, de asemenea, utilizate ca declanșator pentru identificarea particulelor cu energie transversală mare (în ceea ce privește direcția grinzilor).

Deoarece ultimul detector (în ceea ce privește punctul de interacțiune) este sistemul de detectare a muonilor , compus din straturi de detectoare trasoare intercalate cu pereți de fier pentru a filtra orice alt tip de particulă.

Magnet

Un magnet "fierbinte" (non- supraconductor ) este folosit pentru a măsura impulsul particulelor. Geometria magnetului este determinată de acceptarea detectorului. Se compune din două înfășurări simetrice în formă de con, realizate din conductori de aluminiu . Intensitatea maximă a câmpului de inducție magnetică este de aproximativ 1 tesla , direcția este cea verticală. Magnetul a fost proiectat astfel încât câmpul magnetic să fie cât mai mare posibil între VELO și stațiile de urmărire și mai puțin de 2mT în regiunea RICH.

Particulele care trec prin câmpul magnetic timp de 10 metri corespund în medie unui câmp magnetic integrat de valoarea $\int {\vec {B}}\cdot d{\vec {l}}=4\,\mathrm {Tm}$ ${\ displaystyle \ int {\ vec {B}} \ cdot d {\ vec {l}} = 4 \, \ mathrm {Tm}}$ ${\ displaystyle \ int {\ vec {B}} \ cdot d {\ vec {l}} = 4 \, \ mathrm {Tm}}$ .

Câmpul magnetic poate fi ușor inversat datorită naturii sale supraconductoare.

Principalele rezultate științifice

Colaborarea LHCb a publicat până acum aproximativ 500 de articole științifice în reviste internaționale. ^[2] ^[3] . Dintre acestea, peste patruzeci se află în prestigioasa revistă Physical Review Letters .

Descoperirea decăderii $B_{s}^{0}\to \mu ^{+}\mu ^{-}$ ${\ displaystyle B_ {s} ^ {0} \ to \ mu ^ {+} \ mu ^ {-}}$ ${\ displaystyle B_ {s} ^ {0} \ to \ mu ^ {+} \ mu ^ {-}}$

Una dintre principalele descoperiri a fost descoperirea decăderii $B_{s}^{0}\to \mu ^{+}\mu ^{-}$ ${\ displaystyle B_ {s} ^ {0} \ to \ mu ^ {+} \ mu ^ {-}}$ ${\ displaystyle B_ {s} ^ {0} \ to \ mu ^ {+} \ mu ^ {-}}$ : aceasta este o decădere foarte rară în modelul standard, cu o probabilitate estimată de ordinul a 3 ori la fiecare miliard de descompuneri. În diverse teorii dincolo de modelul standard, probabilitatea acestei descompuneri poate fi modificată și de mai multe ordine de mărime. Din acest motiv, această descompunere a fost căutată timp de treizeci de ani în diferite experimente anterioare LHCb. Primele dovezi ale acestui proces au fost obținute prin analiza datelor din 2011 și 2012 și apoi ajuns la o observație în colaborare cu experimentul CMS ^[4] publicat în revista Nature . Probabilitatea acestei descompuneri a fost măsurată până acum pentru a fi în mare acord cu modelul standard, punând astfel limite stricte posibilelor teorii dincolo de aceasta.

Acest rezultat a fost considerat de directorul de atunci al CERN , Rolf Heuer , printre cele mai importante obținute la LHC ^[5] .

Descoperirea pentaquarkului

Pentaquarkul este un barion format din cinci quarkuri (în special patru quarkuri și un anti-quark). Acest tip de particule compuse fusese deja propus de Gell-Mann în articolul original care propunea modelul de quark pentru a explica hadronii. Cu toate acestea, până în 2015 acest tip de particule nu fusese descoperit experimental. Experimentul LHCb a descoperit aceste particule pentru prima dată analizând datele unor decăderi și găsind rezonanțe în combinațiile unui proton și un mezon J / ((compus dintr-un quark de farmec și un anti-farmec) ^[6] . Acest rezultat a fost raportat în numeroase reviste generale și științifice ^[7] . Ulterior LHCb a identificat în starea găsită mai multe stări excitate apropiate.

Articolul care prezintă această descoperire este cel mai citat dintre cele rezultate din experimentul LHCb ^[8] , în ciuda faptului că pentaquarkurile nu au fost incluse în programul de cercetare original.

Descoperirea încălcării simetriei Paritate-încărcare în mezonii D.

Încălcarea simetriei Paritate-încărcare a fost observată inițial în mezonii K și ulterior în mezonii $B^{0}$ ${\ displaystyle B ^ {0}}$ ${\ displaystyle B ^ {0}}$ Și $B_{s}^{0}$ ${\ displaystyle B_ {s} ^ {0}}$ ${\ displaystyle B_ {s} ^ {0}}$ cu toate acestea, nu a mai fost observată până acum la mezoni $D.$ ${\ displaystyle D}$ $D.$ , compus dintr-un quark de farmec și un quark mai ușor. Datorită mecanismului GIM , în modelul standard această încălcare este mult mai mică decât cele precedente. Cu toate acestea, în 2019, acest lucru a fost observat de experimentul LHCb în decăderile din $D^{0}$ ${\ displaystyle D ^ {0}}$ ${\ displaystyle D ^ {0}}$ prin măsurarea diferenței acestei asimetrii în dezintegrări $D^{0}\to K^{+}K^{-}$ ${\ displaystyle D ^ {0} \ to K ^ {+} K ^ {-}}$ ${\ displaystyle D ^ {0} \ to K ^ {+} K ^ {-}}$ Și $D^{0}\to \pi ^{+}\pi ^{-}$ ${\ displaystyle D ^ {0} \ to \ pi ^ {+} \ pi ^ {-}}$ ${\ displaystyle D ^ {0} \ to \ pi ^ {+} \ pi ^ {-}}$ ^[9] . În prezent, această măsură este compatibilă cu previziunile modelului standard.

Institutele participante

Colaborarea LHCb are în prezent aproximativ 1340 de membri din 80 de institute din 18 țări diferite ^[10] .

Algeria

Laboratorul de fizică matematică și subatomică, Constantin , Algeria

Brazilia

Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas (CBPF), Rio de Janeiro
Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), Rio de Janeiro
Pontifıivalicia Universidade Católica do Rio de Janeiro (PUC-Rio), Rio de Janeiro

China

Centrul pentru fizica energiei înalte, Universitatea Tsinghua, Beijing
Laboratorul cheie de stat de fizică și tehnologie nucleară al Școlii de Fizică, Universitatea Peking, Beijing
Universitatea Academiei de Științe din China, Beijing
Institutul de Fizică a Înaltelor Energii (IHEP), Beijing
Universitatea Normală din China de Sud, Guangzhou
Școala de Fizică și Tehnologie, Universitatea Wuhan, Wuhan
Institutul de Fizică a Particulelor, Universitatea Normală din China Centrală, Wuhan
Universitatea Tsinghua, Centrul pentru Fizica Înaltelor Energii, Beijing

Columbia

Departamentul de Fizică, Universidad Nacional de Colombia, Bogota

Franţa

Université Grenoble Alpes, Universitè Savoie Mont Blanc, Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules (IN2P3): lapp-Laboratoire d'Annecy-le-Vieux de Physique des Particules Annecy-le-Vieux
Université Clermont Auvergne, CNRS / IN2P3, LPC, Clermont-Ferrand
Université d'Aix-Marseille II , Marsilia
Universitatea Paris-Sud (Paris XI): Laboratoire de l'Accélérateur Linéaire (LAL), Orsay
Sorbonne Université, Paris Diderot Sorbonne Paris Cité, Laboratoire de Physique Nucléaire et de Hautes Energies (LPNHE), Paris

Germania

I. Physikalisches Institut, Universitatea RWTH Aachen, Aachen
Universität Dortmund: Fachbereich Physik, Dortmund
Max-Planck-Institut für Kernphysik (MPI), Heidelberg
Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg: Physikalisches Institut, Heidelberg
Institut für Physik, Universität Rostock, Rostock

Irlanda

Univ. College, Dept. Exptl. Fizic. (UCD), Dublin

Italia (89)

Universitatea și INFN din Bari
Universitatea și INFN din Bologna
Universitatea din Cagliari și secțiunea INFN din Cagliari, Cagliari
Universitate , INFN , Secția Ferrara , Ferrara
Universitatea și INFN , Florența
Institutul Național de Fizică Nucleară (INFN): Laboratoarele Naționale din Frascati (LNF), Frascati
Universitatea și INFN , Genova
Universitatea din Milano-Bicocca și secția INFN din Milano, Milano
Secțiunea INFN din Padova, Padova
Secțiunea INFN din Pisa, Pisa
Universitatea din Roma Tor Vergata , Roma
Universitatea La Sapienza din Roma și secțiunea INFN din Roma, Roma

Olanda

NIKHEF Amsterdam
Vrije Universiteit (VU) Amsterdam
Institutul Van Swinderen, Universitatea din Groningen, Groningen

Polonia

Institutul de Fizică Nucleară Henryk Niewodniczanski, Academia Poloneză de Științe, Cracovia
Akademia Górniczo-Hutnicza University of Science and Technology : Fac. Of Phys. & Compied Sci. Cracovia
Institutul Andrzej Soltan pentru Studii Nucleare, Varșovia

România

Institutul Național de Fizică și Inginerie Nucleară Horia Hulubei, București - Măgurele

Rusia

Institutul de Fizică Nucleară din Petersburg (PNPI), Gatchina
Institutul ITEP pentru fizică teoretică și experimentală (ITEP), Moscova
Universitatea de Stat Lomonosov din Moscova, Moscova
Centrul Național de Cercetare Institutul Kurchatov, Moscova
Academia Rusă de Științe: Institutul de Cercetări Nucleare (INR), Moscova
Școala de analiză a datelor Yandex, Moscova
Universitatea Națională de Știință și Tehnologie „MISIS”, Moscova
Institutul de Fizică Nucleară Budker (BINP), Novosibirsk
Institutul de Fizică a Înaltelor Energii, Centrul de Cercetare de Stat al Federației Ruse (IHEP), Protvino (16)
National Research Tomsk Polytechnic University, Tomsk

Slovenia

Institutul Jozef Stefan, Ljubljana

Spania

Universitat de Barcelona, Barcelona
Universidade de Santiago de Compostela, Santiago de Compostela
Instituto de Fisica Corpuscular, Centro Mixto Universidad de Valencia, Valencia

Elveția (103)

Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire (CERN), Geneva
Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL): Laboratoire de Physique des Hautes Énergies (LPHE-IPEP), Lausanne
Universitaet Zuerich, Zurich

Ucraina

Academia Națională de Științe din Ucraina (NASU): Institutul de Fizică și Tehnologie Kharkiv (KIPT), Kharkiv
Academia Națională de Științe din Ucraina NAS, Kiev

Regatul Unit

Universitatea din Birmingham, Birmingham
Universitatea din Bristol: Laboratorul de fizică HH Wills, Bristol
Universitatea din Cambridge, Cambridge
Universitatea din Warwick, Coventry
STFC - Consiliul instalațiilor științifice și tehnologice : Laboratorul Rutherford Appleton, Didcot
Universitatea din Edinburgh, Edinburgh
Universitatea din Glasgow, Glasgow
Universitatea din Liverpool, Liverpool
Imperial College, Londra
Universitatea din Manchester: Departamentul de Fizică și Astronomie, Laboratorul Schuster, Manchester
Universitatea din Oxford, Oxford

Statele Unite ale Americii

Universitatea din Michigan, Ann Arbor
Institutul de Tehnologie din Massachusetts (MIT), Cambridge
Universitatea din Cincinnati, Cincinnati , OH, Statele Unite
Universitatea din Maryland, College Park,
Laboratorul Național Los Alamos (LANL), Los Alamos
Universitatea Syracuse , Syracuse

Notă

^ (EN) LHCb Collaboration, Detectorul LHCb la LHC , în Journal of Instrumentation, vol. 3, nr. 8, 2008, pp. S08005, DOI : 10.1088 / 1748-0221 / 3/08 / S08005 .
^ ( RO ) Colectarea rezultatelor pe platforma INSPIRE , pe inspirehep.net .
^ (EN) rezultatele experimentului site-ului web LHCb pe lhcbproject.web.cern.ch.
^ (EN) Observarea rarei bS0 → μ + μ- dezintegrare din analiza combinată a datelor CMS și LHCb pe nature.com.
^ (EN) Rolf-Dieter Heuer: Oamenii de știință greșesc? , La prospectmagazine.co.uk.
^ (EN) journals.aps.org, https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.115.072001
^ (EN) aps.altmetric.com, https://aps.altmetric.com/details/4270274/news Titlu lipsă pentru url url ( ajutor ).
^ ( EN ) inspirehep.net , https://inspirehep.net/literature?sort=mostcited&size=25&page=1&q=collaboration%3ALHCb&ui-citation-summary=true .
^ (EN) journals.aps.org, https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.211803
^ (EN) Colaborare LHCb , pe lhcb.web.cern.ch. Adus 15-10-2019 .

Elemente conexe

Collider mare de hadroni

Alte proiecte

Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere pe LHCb

linkuri externe

( RO ) Pagina publică a LHCb , pe lhcb-public.web.cern.ch .
( EN ) Articole despre detectorul LHCb și acceleratorul LHC , pe iop.org .
( RO ) Lista articolelor Colaborării LHCb , pe lhcbproject.web.cern.ch . de pe site-ul oficial al colaborării.
( EN )Note interne publice despre experimentul LHCb , pe cdsweb.cern.ch .

[1] (EN) LHCb Collaboration, Detectorul LHCb la LHC , în Journal of Instrumentation, vol. 3, nr. 8, 2008, pp. S08005, DOI : 10.1088 / 1748-0221 / 3/08 / S08005 .

[2] ( RO ) Colectarea rezultatelor pe platforma INSPIRE , pe inspirehep.net .

[3] (EN) rezultatele experimentului site-ului web LHCb pe lhcbproject.web.cern.ch.

[4] (EN) Observarea rarei bS0 → μ + μ- dezintegrare din analiza combinată a datelor CMS și LHCb pe nature.com.

[5] (EN) Rolf-Dieter Heuer: Oamenii de știință greșesc? , La prospectmagazine.co.uk.

[6] (EN) journals.aps.org, https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.115.072001

[7] (EN) aps.altmetric.com, https://aps.altmetric.com/details/4270274/news Titlu lipsă pentru url url ( ajutor ).

[8] ( EN ) inspirehep.net , https://inspirehep.net/literature?sort=mostcited&size=25&page=1&q=collaboration%3ALHCb&ui-citation-summary=true .

[9] (EN) journals.aps.org, https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.211803

[collaborazione-10] (EN) Colaborare LHCb , pe lhcb.web.cern.ch. Adus 15-10-2019 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]