ATLAS đo tổng mặt cắt ngang của va chạm proton • Igor Ivanov • Tin tức khoa học về "Yếu tố" • Máy dò ATLAS, thuộc tính Hadron, Các thí nghiệm khác trên LHC

ATLAS đo tổng số mặt cắt ngang của va chạm proton

Hình 1. Toàn bộ phần (dữ liệu trên) và mặt cắt ngang đàn hồi proton (dữ liệu thấp hơn) tại các năng lượng va chạm khác nhau. Màu đỏ Đo lường ATLAS được hiển thị, hình vuông màu đen – Kết quả TOTEM gần đây, ký tự được tô bóng – kết quả của các thí nghiệm va chạm khác, ký tự rỗng – dữ liệu thu được từ tia vũ trụ. Các đường cong cho thấy xấp xỉ lý thuyết tốt nhất của dữ liệu. Hình ảnh từ bài viết đang thảo luận

Trong một bản in gần đây, sự tán xạ trong trang va chạm tại √s = 7 TeV với máy dò ATLAS Sự cộng tác của ATLAS báo cáo kết quả đo tổng mặt cắt ngang của va chạm proton với năng lượng 7 TeV. Theo định nghĩa, số lượng này mô tả xác suất xảy ra va chạm với proton bất cứ điều gì (hoặc đúng hơn, ít nhất là một cái gì đó do sự tương tác mạnh mẽ). Đây là, trên thực tế, tổng hợp trên tất cả các phần của quy trình hadronic cụ thể. Giá trị này đóng một vai trò quan trọng trong việc hiểu những proton nào giống như ở năng lượng cao và chúng va chạm như thế nào. Vì tổng mặt cắt ngang proton ở năng lượng cao vẫn chưa tuân theo tính toán lý thuyết hiện tại, nên nó phải được mô hình hóa trên cơ sở các giả định khác nhau.Hơn nữa, bây giờ có một số mô hình lý thuyết cạnh tranh của quá trình này. “Thẻ kinh doanh” của nó và đồng thời một trong những điểm tranh cãi chính là thực tế là mặt cắt ngang này phát triển rất chậm bất thường với năng lượng ngày càng tăng (Hình 1), do đó, một phép đo chính xác về tăng trưởng sẽ cho phép hiểu rõ hơn các mô hình này.

Phép đo được mô tả trong bài viết thuộc loại đặc biệt, nó không giống như phần lớn các phép đo được thực hiện tại máy va chạm. Do đó, nó sẽ hữu ích để ít nhất là đề cập ngắn gọn các tính năng chính của loại đo lường này.

Đầu tiên, tổng mặt cắt của tương tác proton-proton quá lớn so với các tiêu chuẩn của vi thế giới rằng phép đo của nó đòi hỏi độ sáng nhỏ – nếu không thì detector sẽ bị chết đuối trong dữ liệu. Kết quả được công bố thu được ở độ sáng 80 μb-1Đó chỉ là một phần tỷ của độ sáng tổng của LHC. Nhưng ngay cả với độ sáng thấp như vậy, hàng triệu sự kiện đã được thu thập, điều này làm cho nó có thể làm giảm đáng kể lỗi thống kê.

Thứ hai, quá trình này được đo không trực tiếp, bằng cách tổng hợp tất cả các va chạm có thể, nhưng bằng cách sử dụng kết nối sâu giữa tổng mặt cắt và tán xạ đàn hồi theo hướng chuyển tiếp nghiêm ngặt (công thức biểu thị kết nối này được gọi là định lý quang học).Sự tán xạ này cũng không thể tiếp cận được với quan sát trực tiếp: sau cùng, nếu các proton sau khi va chạm bay thẳng về phía trước, thì chúng không thể phân biệt được với detector từ proton, mà chỉ bay qua nhau mà không tương tác. Do đó, phép đo này được thực hiện như sau: phân tán đàn hồi được nghiên cứu ở các góc rất nhỏ nhưng không bằng 0, tới vài giây góc, và sau đó dữ liệu được ngoại suy về góc 0 (Hình 2). Phép ngoại suy này đưa ra lỗi bổ sung, nhưng nó nhỏ.

Hình 2 Mặt cắt ngang của tán xạ proton ở các góc rất nhỏ theo ATLAS. Dữ liệu thu được trong vùng xung ngang từ 0,1 GeV trở lên (theo trục ngang hình vuông của giá trị này được hiển thị). Phép ngoại suy của sự phụ thuộc này vào động lượng ngang bằng không làm cho nó có thể xác định được tổng mặt cắt ngang tán xạ. Hình ảnh từ bài viết đang thảo luận

Thứ ba, vì nó là cần thiết để nghiên cứu tán xạ ở các góc rất nhỏ, các chùm ban đầu nên va chạm trong chế độ phân kỳ góc cực nhỏ. Trong quá trình hoạt động bình thường của máy va chạm, điều kiện này không thỏa mãn. Do đó, một phép đo như vậy được thực hiện trong các phiên ngắn với dầm defocused.Dữ liệu được mô tả trong bài viết được thu thập trong một phiên như vậy trong năm 2011. Vì các máy dò thông thường không có khả năng phát hiện proton nằm rải rác ở các góc nhỏ như vậy, các trạm dò đặc biệt được xây dựng bằng công nghệ dò tìm Roman Pots được sử dụng để chụp chúng. Việc áp dụng các thiết bị dò tìm này tại LHC được phân tích trong nhiệm vụ chuyển tiếp của chúng tôi tại LHC. Một số máy dò như vậy đã được lắp đặt tại Large Hadron Collider; Trong công việc này, một trạm ALFA liên quan đến máy dò ATLAS đã được sử dụng.

Theo kết quả của phép đo này, tổng mặt cắt ngang của tán xạ proton-proton bằng σtot(pp) = 95,35 ± 1,30 mb. Các mặt cắt ngang đàn hồi và không co giãn và một số thông số quy trình khác cũng được đo. Cho đến nay, chỉ có một phép đo số lượng này ở mức năng lượng 7 TeV, thu được vào năm 2011 bởi sự hợp tác TOTEM; sau đó cho 98,6 ± 2,2 mb. Kết quả ATLAS hiện tại hơi thấp hơn, nhưng sự khác biệt giữa hai chiều không quá lớn, xem hình. 1. Và cả hai kết quả này là thứ tự độ lớn chính xác hơn những gì các nhà vật lí biết trước thời đại LHC từ việc phân tích các tia vũ trụ. Kết hợp với các phép đo tương lai của tổng mặt cắt ngang tại 13-14 TeV, các phép đo này sẽ giúp hiểu rõ hơn về mô hình sắp xếp proton ở năng lượng cao mô tả thực tế đầy đủ hơn.


Like this post? Please share to your friends:
Trả lời

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: