Квантовый протонный бильярд: эксперимент ATLAS

Протоны, ускоренные почти до скорости света, могут сталкиваться подобно бильярдным шарам.

• Протоны, ускоренные до скорости света, могут сталкиваться подобно бильярдным шарам, что позволяет изучать фундаментальные свойства сильных взаимодействий.

• Эксперимент в сотрудничестве с ATLAS на LHC измерял фундаментальные свойства сильных взаимодействий между протонами при сверхвысоких энергиях.

• Упругое рассеяние является примером упругих столкновений, при которых сохраняются импульс и энергия сталкивающихся частиц.

• Измерение углов рассеяния позволяет получить информацию о пространственной структуре сталкивающихся частиц и свойствах их взаимодействий.

• Физики из Института ядерной физики Польской академии наук выполнили измерение упругого рассеяния при столкновениях протон-протон на LHC при энергии 13 ТэВ.

•Из-за чрезвычайно малых углов рассеяния при таких взаимодействиях (менее тысячной доли градуса) измерения требовали использования специальной измерительной системы. Его ключевым элементом был набор детекторов, расположенных на расстоянии более 200 метров от точки столкновения, но способных измерять рассеянные протоны на расстоянии всего нескольких миллиметров от луча ускорителя.

•Это стало возможным благодаря технике так называемых римских горшков, которая позволяет размещать детекторы внутри трубы пучка ускорителя и максимально приближать их к пучку во время сбора данных. Важным вкладом краковской группы стала работа над триггером и системой сбора данных, без которой никакие данные не могут быть записаны.

•Вторым важным компонентом экспериментальной установки была особая конфигурация магнитных полей, формирующих пучок ускорителя LHC. При типичных измерениях целью является максимальная фокусировка пучка, чтобы увеличить частоту интересных взаимодействий. Однако плотно сфокусированные лучи имеют большое угловое расхождение, что делает измерение упругого рассеяния практически невозможным. Специальная конфигурация магнита минимизирует это расхождение и обеспечивает точность измерений.

• Вывод о фундаментальных свойствах ядерных сильных взаимодействий между протонами сделан на основе формы распределения угла рассеяния.

• Результаты эксперимента ATLAS подтверждают увеличение общего поперечного сечения с увеличением энергии столкновения, что может быть связано с увеличением размера протона с увеличением энергии.