Эксперимент CMS на Большом адронном коллайдере (LHC) в Европейской организации ядерных исследований (ЦЕРН, Швейцария)

Универсальный детектор CMS (Compact Muon Solenoid) на коллайдере БАК (ЦЕРН) рассчитан на работу в условиях высокой интенсивности и оптимизирован для поиска бозона Хиггса в интервале масс от 90 ГэВ до 1 ТэВ, но позволяет регистрировать возможные проявления альтернативных механизмов, связанных с нарушением электро-слабой симметрии.

Кроме того, CMS приспособлен для изучения физики топ, бьюти и тау при низкой интенсивности, а также ряда важных аспектов физики тяжёлых ионов – в частности, особенностей рождения тяжёлых кваркониев в мюонных каналах распада и характера потери энергии жёстких партонных струй, которые рассматриваются как индикаторы фазового перехода между адронной фазой и кварк-глюонной плазмой в центральных ядро-ядерных столкновениях.

Энергетическое разрешение детектора CMS для мюонов, фотонов и электронов составляет ~1% при 100 ГэВ. Сверхпроводящий соленоид создаёт однородное магнитное поле 4 T; помещённая внутри него система трековых детекторов обеспечивает импульсное разрешение для всех треков заряженных частиц с большими pt Δp/p ~ 0.1 pt ( ptв ТэВ) в области псевдобыстрот |η| ≤ 2.5. Внутри соленоида также находится электромагнитный калориметр, предназначенный для регистрации двух-фотонного распада Хиггс бозона промежуточной массы. Комплекс адронных калориметров с 4π геометрией окружает точку пересечения пучков вплоть до |η| = 4.7, позволяя регистрировать адронные струи, направленные вперёд, и измерять потерянную поперечную энергию.

Участие НИИЯФ МГУ: К настоящему времени сотрудниками НИИЯФ МГУ проделан большой объем работ как по разработке, созданию, монтажу и тестированию экспериментальной аппаратуры, так и по развитию теоретических и компьютерных моделей протон-протонных и ядро-ядерных соударений, созданию алгоритмов реконструкции физических объектов и их внедрению в программное обеспечение экспериментов на БАК. Начаты физические измерения на установке CMS.

  • На первых экспериментальных данных оптимизирован триггер высокого уровня для регистрации димюонов, триггер для выделения эксклюзивных двухструйных дифракционных событий и алгоритм коррекции энергии адронных струй. Выполнена калибровка адронного калориметра по симметрии в азимутальной плоскости, линейности энергетической шкалы и разрешения. Обнаружен неожиданный эффект двухчастичных корреляций в области малой разности углов в поперечной плоскости и больших разностей по быстроте, получивший название «Ridge effect».
  • Получены первые результаты анализа экспериментальных данных для столкновений протонов и тяжелых ионов на LHC. Начато изучение жестких дифракционных процессов с рождением струй. На статистике 3 pb-1 измерены спектры и форма адронных струй в рр-столкновениях при энергии пучка 7 ТэВ. Проведены измерения эллиптического потока частиц при энергиях 0.9, 2.36 и 7 ТэВ и получены оценки «непотоковых» азимутальных корреляций. Показано, что доминирующими механизмами таких корреляций являются фрагментация жестких партонных струй, разрыв струн в процессе адронизации и распад резонансов.
  • Начат анализ экспериментальных данных детекторa CMS с целью поиска одиночного рождения топ-кварка и измерения ряд а параметров Стандартной модели. Разработаны необходимые структурные изменения в программное окружение коллаборации CMS и созданы дополнительные пакеты программ. Обеспечена стабильная работы «Базы знаний» MCDB, разработаны необходимые для эксперимента CMS дополнения. Подготовлена и опубликована новая стабильная версия HepML.
  • В НИИЯФ МГУ создан удаленный операционный центр – ROC (Remote Operational Center) MSU, который обеспечивает on-line доступ к внутренней сети CMS (CMS private network) в интерактивном режиме и позволяет контролировать процесс измерений в эксперименте CMS, находясь вне ЦЕРНа. Центр используется сотрудниками НИИЯФ МГУ для дистанционного контроля работы детекторных систем установки CMS и качества поступающей информации.
  • Калориметр CASTOR полностью интегрирован в инфраструктуру установки СMS, включая систему сбора данных, систему контроля и мониторинга детектора, программы реконструкции, программы полного моделирования отклика детектора. Обеспечен стабильный набор данных детектором CASTOR, проведено измерение основных характеристик детектора.