Работа LHC в 2016 году

Основные технические этапы

Расписание на 2016 год. Изображение с сайта lpc.web.cern.ch

В 2015 году коллайдер продемонстрировал отличные технические характеристики. Техники рассчитывали поднять в  2016 году пиковую светимость до проектного значения 10³⁴ см^–1·с^–1 и накопить к концу года интегральную светимость по 25 fb^–1 в детекторах ATLAS и CMS. Вдобавок, ажиотаж по поводу двухфотонного пика при 750 ГэВ просто вынуждал специалистов добиться от коллайдера максимальной научной отдачи.

Год начался с традиционного трехмесячного запуска коллайдера, который прошел на редкость гладко. В конце марта протонные пучки начали циркулировать в коллайдере, и, после нескольких этапов проверок, в конце апреля начались протонные столкновения. Короткое замыкание в одном из трансформаторов на неделю прервало работу, но в целом не помешало быстрому наращиванию интенсивности. 26 июня 2016 года, через шесть лет после запуска, коллайдер преодолел важный рубеж и наконец-то достиг проектной светимости.

Набор статистики в 2016 году по сравнению с исходными планами и прошлыми годами. Изображение с сайта home.cern

В течение всего года коллайдер продолжал штамповать рекорды светимости и уже к началу сентября, сильно в опережение графика, выполнил программу-минимум на 2016 год. Последний сеанс протонных столкновений прошел 27 октября и завершил собой коллайдерный год, по-настоящему выдающийся с инструментальной точки зрения. Интегральная светимость в детекторах ATLAS и CMS составила почти 40 fb^—1, а пиковая светимость достигала 140% от проектной. Этого удалось добиться благодаря более плотной фокусировке пучков в точках пересечения: параметр beta* составлял 40 см, заметно меньше, чем проектные 55 см. Наконец, технический КПД коллайдера — то есть то, какую долю рабочего времени реально идут столкновения, — превысил 50%, что беспрецедентно для коллайдеров такой сложности.

Под конец года, с 10 ноября по 5 декабря, коллайдер проработал в режиме асимметричных протон-ядерных столкновений. Сводные графики светимости в 2016 году приведены на страницах 2016 Luminosity plots pp и 2016 Luminosity plots p-Pb.

Научные результаты 2016 года

Итоги 2015 года привели значительную часть теоретиков в состояние необыкновенного воодушевления. Двухфотонный пик, вызвавший среди теоретиков настоящий фурор, был лишь одним из многих намеков на отклонения от Стандартной модели, которые обнаружились в данных LHC и некоторых других коллайдеров. Сводка этих отклонений по состоянию на январь 2016 года приведена на странице загадок коллайдера. Складывалось стойкое ощущение, что десятилетия поисков Новой физики вот-вот приведут к успеху.

Однако по мере того, как завершалась обработка новых порций данных Run 2 на гораздо большей статистике, многие отклонения начали рассасываться. Невозможный в Стандартной модели распад бозона Хиггса на мюон и тау-лептон не подтверждается, пара отклонений, обнаруженных CMS (пик при 1,8 ТэВ и отклонение, напоминавшее суперсимметрию) тоже закрыты. Но всё это выглядело не столь важным по сравнению с теми новостями, которые физики ожидали услышать на ICHEP 2016, главной конференции года по физике элементарных частиц.

5 августа коллаборации ATLAS и CMS представили новые данные по двухфотонному пику. Статистика возросла в несколько раз, но в новых данных в окрестности 750 ГэВ физики видели лишь фон — от намека на двухфотонный пик не осталось и следа, см. подробный отчет в новости Двухфотонный пик исчез в новых данных коллайдера. На той же конференции ICHEP 2016 были окончательно закрыты намеки на суперсимметрию и на пик при 2 ТэВ. В дальнейшем были закрыты и некоторые другие отклонения при больших энергиях. Детальный анализ свойств бозона Хиггса тоже продолжал показывать удручающе стандартную картину.

Единственная группа отклонений, которая уверенно держалась и даже пополнялась в течение 2016 года, касается редких распадов B-мезонов. На странице загадок коллайдера на начало 2017 года они составляют добрую половину всех аномалий. Самые сильные из них дотягивают по статистической значимости до 4σ и, что самое важное, они отклоняются от Стандартной модели примерно в одном направлении. Аномалии в распадах B-мезонов постепенно становятся самой горячей темой в физике частиц.