Изучение фундаментальных взаимодействий в электрон-позитронных и адронных столкновениях
Руководитель темы:
Жемчугов А.С.
Заместитель:
Гуськов А.В.
Участвующие страны и международные организации: Беларусь, Германия, Китай, Италия, Польша, Россия, Швеция, ЦЕРН.
Изучаемая проблема и основная цель исследований: В настоящее время Стандартная модель является наиболее точным и всеобъемлющим описанием физических явлений в микромире, хотя и не лишена некоторых недостатков. Ряд явлений, предсказываемых теорией, до сих пор не обнаружен экспериментально. Во многих случаях точность предсказаний Стандартной модели ограничена экспериментальной погрешностью измерения свободных параметров теории. В то же время крайне актуальной задачей является поиск новых явлений, не предсказываемых Стандартной моделью. Обнаружение этих явлений может указать пути к развитию теории и устранению имеющихся недостатков. Основным инструментом в такого рода исследованиях являются эксперименты на коллайдерах, как протон-протонных (LHC), так и на электрон-позитронных. При проведении измерений с высокой точностью эксперименты на электрон-позитронных столкновениях имеют ряд преимуществ, включая хорошо известную кинематику начального состояния и отсутствие значительного адронного фона, характерного для протонных коллайдеров. В рамках данной темы проводится поиск новых явлений и проверка предсказаний Стандартной модели в распадах чармония и тау-лептона на наилучшем и в настоящее время единственном источнике экспериментальных данных по рождению чармония и тау-лептонов в e +e - столкновениях - эксперименте BESS-III на электрон-позитронном коллайдере BEPC-II. Также ведется подготовка экспериментов на планируемых в будущем электрон-позитронных коллайдерах сверхвысоких энергий (ILC, CLIC, CEPC, FCC-ee). Важным дополнением к исследованиям на электрон-позитронных коллайдерах являются исследования на пучках адронов в планируемом эксперименте AMBER, нацеленные на проверку предсказаний КХД, включая прецизионное определение радиуса протона в упругих мюон-протонных столкновениях, адронную спектроскопию, изучение структуры адронов с использованием процесса Дрелла-Яна, процессов с рождением прямых фотонов и состояний чармония. Эксперимент AMBER (Apparatus for Meson and Baryon Experimental Research) это новый эксперимент с фиксированной мишенью на пучке M2 ускорителя SPS в ЦЕРН.
Ожидаемые результаты по завершении этапов темы или проектов:
Прецизионная проверка предсказаний КХД и Стандартной модели в лептонных распадах очарованных мезонов.
Уточнение свойств малоизученных состояний чармония и поиск новых переходов между ними.
Поиск экзотических (XYZ) состояний, изучение их свойств и установление их природы.
Изучение спектра легких адронов. Поиск экзотических состояний (глюболы, гибриды, мультикварки). Решение проблемы "лишних" мезонных и "недостающих" барионных состояний.
Измерение R-отношения в интервале 2,0-6 ГэВ.
Измерение массы тау-лептона с высокой точностью.
Создание универсального генератора Монте-Карло, описывающего основные процессы в e +e - аннигиляции с радиационными поправками на уровне более одной петли, учитывающего поляризацию частиц начального и конечного состояний.
Создание структурных программных модулей для вычисления радиационных поправок на уровне 2 и 3 петли для электрослабых и сильных петель соответственно.
Оценка потенциала коллайдеров CLIC, FCC, CEPC в области прецизионных измерений и поиска новой физики на основе полного моделирования и реконструкции отклика экспериментальной установки.
Подготовка предложений для физической программы Супер С-тау фабрики.
Получение информации о среднеквадратичном радиусе протона в упругих мюон-протонных столкновениях.
Измерений функций партонных распределений в процессе Дрелла-Яна с участием пиона и протона.
Проведение методических исследований и разработка прототипов детекторов Микромегас для модернизации установки AMBER.
Ожидаемые результаты по этапам темы или проектам в текущем году:
Анализ данных эксперимента BES-III.
Разработка программного обеспечения эксперимента.
Создание генератора Монте-Карло для процессов упругого рассеяния, рождения пары фотонов, рождения пары топ кварков в e +e - столкновениях.
Оценка потенциала коллайдеров CLIC, FCC, CEPC по поиску новых физических явлений, в том числе по поискам ненулевого размера электрона, дополнительных пространственных измерений, возбужденных электронов.
Подготовка предложений для физической программы Супер С-тау фабрики.
Проведение пробного сеанса по измерению радиуса протона.
Создание прототипа детектора Микромегас размером 50 см х 50 см и проведение испытаний на тестовых пучках.
Проекты по теме:
Название проекта
Руководитель проекта
Приоритет проекта (сроки реализации)
1.
BES-III
Денисенко И.И.
1 (2007-2023)
Основные этапы темы:
Этап темы или эксперимент
Руководители
Статус проекта или эксперимента
Лаборатория или другие подразделения ОИЯИ Ответственные от лаборатории