Теоретическое и экспериментальное исследование физики тяжелых кварков и взаимодействий тяжелых ядер при высоких энергиях. Разработка новых методов вычислений и анализа данных. Построение новых теорий за рамками Стандартной модели.НИР

Источник финансирования НИР

грант Президента РФ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2014 г.-31 декабря 2014 г. Теоретическое и экспериментальное исследование физики тяжелых кварков и взаимодействий тяжелых ядер при высоких энергиях. Разработка новых методов вычислений и анализа данных. Построение новых теорий за рамками Стандартной модели.
Результаты этапа: В 2014 году проведены экспериментальные исследования свойств адронных взаимодействий при высоких энергиях на установках CMS, ATLAS, LHCb, D0, ZEUS и СВД-2 и развиты различные теоретические модели физики высоких энергий как в рамках Стандартной модели элементарных частиц, так и за ее пределами. В российских и международных экспериментах при определяющем участии коллектива Научной школы были получены следующие результаты: 1. B эксперименте CMS: а) Проведён поиск бозона Хиггса с распадом на пару мюонов на статистике 5.0 фбн-1 при энергии в системе центра масс сталкивающихся протонов 7 ТэВ и на статистике 19.7 фбн-1 при энергии пучков 8 ТэВ. Наблюдаемый верхний предел на сечение рождения бозона Хиггса с распадом на два мюона для массы бозона Хиггса 125 ГэВ получен равным 0.03 пбн, что в 7 раз больше сечения Стандартной модели и соответствует вероятности распада не больше 0.0016. б) В соударениях ядер свинца при энергии 2.76 TeV на пару нуклонов в системе центра масс впервые измерены поперечные спектры струй, связанных с b-кварками. Обнаружено сильное подавление рождения таких струй по сравнению с протон-протонными соударениями в соответствии с теоретическими предсказаниями. в) Обеспечивалась работа Tier-2 центра по обработке и анализу данных эксперимента CMS. С помощью компьютерного моделирования изучались свойства коммуникационных сетей, обладающих свойством малого мира, для суперкомпьютеров экзафлопного уровня. Были получены важные результаты по устойчивости таких сетей. Показано, что традиционные коммуникационные сети на основе в виде многомерных торов, имеют тенденцию быстрой деградации при выходе из строя коммуникационных узлов. 2. В эксперименте ATLAS: а) Проведено измерение параметра нарушения чётности и спиральных амплитуд для Λb -барионов в их распадах на J/Ψ (→μ+μ-) Λ0 (→pπ-). Для анализ использованы 1400 Λb -барионов, идентифицированных в данных о протон-протонных взаимодействиях при энергии в системе центра масс 7 ТэВ. Для параметра нарушения чётности получено значение 0.30 +/- 0.16 (стат.) +/- 0.06 (сист.), в то время как теоретические предсказания дают величину от -0.2 до +0.8. б) Проведено измерение прямого и непрямого (от распадов b-адронов) рождения Ψ(2S)- мезонов с учётом их распадов на J/Ψ π+π-. Для анализа использованы данные в объёме 2.1 фбн-1 протон-протонных взаимодействий при энергии в системе центра масс 7 ТэВ. Дифференциальные сечения измерены в зависимости от поперечного импульса и быстроты Ψ(2S)-мезонов в кинематической области 10 < pT < 100 ГэВ и |y| < 2.0. 3. В эксперименте LHCb: В рамках подготовки к сеансу по набору данных 2015-2018 гг. проведены работы по обеспечению системы низковольтного питания детектора VELO, модификация системы низковольтного питания, разработка ONLINE программного обеспечения для контроля работоспособности детектора VELO (PVSS Alert System) и модернизация системы высоковольтного питания мюонного детектора установки LHCb. 4. В эксперименте ALICE проведен анализ данных эксперимента ALICЕ по фемтоскопическим корреляциям каонов в PbPb- и pPb-соударениях при энергиях в системе центра масс 2.76 и 5.02 ТэВ на пару нуклонов соответственно. Изучена зависимость корреляционных радиусов от поперечной массы mT пары частиц и подтверждено наличие приближенного mT-скейлинга в соударениях PbPb, что согласуется с предсказаниями для гидродинамического типа расширения. Изучено влияние различных механизмов рождения частиц и физических эффектов (гидродинамическое расширение, коллективные потоки, законы сохранения, распад резонансов) на корреляционные радиусы. 5. В эксперименте ZEUS на коллайдере HERA: а) Измерены дифференциальные сечения инклюзивного рождения изолированного фотона и фотона в сопровождении струи частиц в процессах фоторождения. Выполнено сравнение данных с теоретическими расчётами, учитывающими высшие порядки теории возмущений. б) Использование улучшенной методики отбора данных позволило измерить дифференциальные сечения e±p-рассеяния через нейтральный ток при значениях бьёркенской переменной x вблизи единицы. Выполнено сравнение со Стандартной моделью. 6. В эксперименте D0 на коллайдере Tevatron исследовано одиночное рождение топ-кварка в s-канальном процессе рождения. Анализ полной доступной статистики, оптимизация методов и объединение данных экспериментов D0 и CDF позволили впервые достичь уровня статистической достоверности наблюдения этого процесса в 5 стандартных отклонений и сообщить об экспериментальном открытии s-канального рождения топ- кварка. Необходимо отметить, что коллайдер БАК не чувствителен к этому механизму рождения топ-кварков и достоверность измерений далека от текущего результата коллайдера Tevatron. 7. В эксперименте СВД-2 (Спектрометр с вершинным детектором): Представлены результаты измерения инклюзивных распределений по фейнмановской переменной и поперечному импульсу для K0s -мезонов в рА-взаимодействиях при 70 ГэВ/с для трёх мишеней (C, Si, Pb). С использованием А-зависимости измеренный выход K0s-мезонов при xF близких нулю был сравнен с выходом K+- и K- -мезонов в рр-реакции при 70 ГэВ/с. Полученные инклюзивные спектры по продольным и поперечным переменным для K0s сопоставлены с предсказаниями моделей FRITIOF и UrQMD. Для готовящихся экспериментов выполнено следующее: 8. Завершена работа по разработке конструкции трековой системы эксперимента CLAS12 (Лаборатория им. Джефферсона, США) и начата сборка трековой системы. 9. Завершена работа к запуску микрокалориметра для эксперимента НУКЛОН, предназначенного для исследования химического состава и энергетического спектра космических лучей. Получены следующие результаты теоретических исследований: 10. Проведено теоретическое исследование асимптотического поведения двойных партонных функций распределения в квантовой хромодинамике и проанализированы феноменологические следствия наличия двойных партонных рассеяний в протон-ядерных и ядро-ядерных соударениях. 11. На основе колмогоровской аксиоматики теории вероятностей и гипотезы локальности измерения получен новый класс неравенств Белла в форме Вигнера, в которых впервые явным образом учтена зависимость от времени. 12. Проведен подробный анализ констант распада очарованных и прелестных тяжёлых векторных мезонов в методе правил сумм КХД с использованием оригинальной версии метода, разработанной в коллективе научной школы. Показано хорошее соответствие с результатами существующих вычислений КХД на решётке для очарованных мезонов. Для прелестных векторных мезонов полученные результаты представляют собой первые надёжные теоретические оценки. 13. В рамках голографического подхода с целью описания столкновений тяжёлых ионов рассмотрена модель столкновений доменных стенок в модифицированных пятимерных пространствах AdS_5 (анти де Ситтера), что позволило воспроизвести экспериментальную зависимость множественности рождения частиц от энергии столкновения нуклонов. 14. Предложена новая параметризация неинтегрированной функции распределения глюонов в протоне с учетом эффектов насыщения глюонной плотности, параметры которой были найдены исходя из условия наилучшего описания данных LHC. 15. В рамках kt-факторизационного подхода проведены расчеты процесса инклюзивного рождения хиггсовских бозонов (в дифотонной моде распада). Показано, что предсказания kt-факторизационного подхода с использованием глюонных распределений находятся в согласии как с первыми экспериментальными данными коллаборации АTLAS, так и с результатами NNLO-расчетов в рамках коллинеарного приближения КХД. Тем самым продемонстрирован эффективный учет ведущих логарифмических поправок, пропорциональных ln 1/x, в рамках ведущего порядка kt-факторизационного подхода. 16. Для исследования спонтанного возникновения эффективных взаимодействий в калибровочных теориях Стандартной модели продолжено изучение решений уравнений компенсации метода Н.Н. Боголюбова и условий, накладываемых существованием нетривиальных решений этих уравнений на параметры теории. Полученные значения угла смешивания Вайнберга находятся в удовлетворительном согласии с его наблюдаемым значением. 17. Изучена феноменология темной материи в расширенной Стандартной Модели с Z3 и Z4 группами симметрии ответственными за стабильность частиц темной материи. Изучено расширение Стандартной модели, в которой частица темной материи взаимодействует с частицами Стандартной Модели с помощью дополнительного калибровочного взаимодействия U(1) с нарушением изоспина. Показано что в рамках этой модели можно согласовать отсутствие сигнала темной материи на экспериментах с ксеноном и наблюдение такого сигнала на кремниевом детекторе. 18. Предложены инфляционные модели с неминимально связанными скалярными полями, и с потенциалами, являющимися решениями уравнения ренорм-группы. И для скалярной электродинамики, и для SU(5) модели параметры предложенных моделей инфляции хорошо согласуются с данными наблюдений. 19. Продолжена разработка методов поиска областей интегрируемости нелинейных и семейств периодических решений обыкновенных дифференциальных уравнений с помощью метода нормальной формы.
2 1 января 2015 г.-30 ноября 2015 г. Теоретическое и экспериментальное исследование физики тяжелых кварков и взаимодействий тяжелых ядер при высоких энергиях. Разработка новых методов вычислений и анализа данных. Построение новых теорий за рамками Стандартной модели.
Результаты этапа: В 2015 году проведены экспериментальные исследования свойств адронных взаимодействий при высоких энергиях на установках CMS, ATLAS, LHCb, D0, ZEUS и развиты различные теоретические модели физики высоких энергий как в рамках Стандартной модели элементарных частиц, так и за ее пределами. В российских и международных экспериментах при определяющем участии коллектива Научной школы были получены следующие результаты: Измерены поперечная и продольная поляризации W-бозона, возникающего из распада одиночного топ-кварка в эксперименте CMS на коллайдере LHC. Измеренные значения поперечной и продольной поляризации W-бозона оказались равными FL=0.298 +/- 0.028 +/- 0.032, FR=0.018+/-0.019+/-0.011 и F0=0.720+/-0.039+/-0.037. Полученные значения поляризации W-бозона также были использованы для постановки ограничений на величины аномальных тензорных параметров вершины взаимодействия топ-кварка, b-кварка и W-бозона (CMS collaboration). Были измерены двухчастичные Бозе-Эйнштейновские корреляции с помощью детектора АТЛАС в pp-столкновениях при sqrt(s) = 0.9 и 7 ТэВ на Большом адронном коллайдере. Параметры корреляций были измерены в зависимости от зарядовой множественности и поперечного импульса пар. С ростом зарядовой множественности наблюдается ослабление корреляционной силы и рост размера источника корреляций. Впервые наблюдено прекращение роста корреляций (насыщение) для зарядовых множественностей более 55. С ростом среднего поперечного импульса пар наблюдается ослабление корреляционной силы и уменьшение размера источника корреляций (ATLAS Collaboration). В данных, набранных экспериментом LHCb в течение первого этапа работы ускорителя LHC и соответствующих интегральной светимости 3 фб-1, были впервые обнаружены редкие распады Bs -> pi+ pi- mu+mu- и B -> pi+ pi- mu+mu-. Парциальные ширины этих распадов были измерены путем нормировки на известную парциальную ширину распада B0 -> J/psi K*(892)0. Их значения были найдены равными (8.6 +- 1.5 +- 0.7 +- 0.7)х10^-8 и (2.11 +- 0.51 +- 0.15 +- 0.16) х10^-8 для распадов Bs и B0 мезонов соответственно, что совпадает с ожиданиями Стандартной модели (LHCb Collaboration). В эксперименте D0 измерены сечения рождения одиночного топ-кварка в s- и t-каналах и параметра Vtb на полном обьеме данных экспериментов D0 и CDF коллайдера Теватрон. Завершен анализ полного обьема доступных данных экспериментов D0 и CDF коллайдера Теватрон. Проведено обьединение результатов двух экспериментов. Проведены заключительные измерения для энергии протон-протонных столкновений при энергии 1.96 ТэВ. Измерены сечения одиночного рождения топ-кварка в различных каналах рождения. Измерено значение параметра Vtb матрицы Кабибо-Кобаяши-Маскава. Показано согласие с предсказаниями Стандартной модели (D0 Collaboration). Получены следующие результаты теоретических исследований: Впервые рассчитаны с высокой точностью отношения констант распада векторных и псевдоскалярных B-мезонов с использованием оригинальных оптимизированных правил сумм КХД. Показано, что это отношение с высокой точностью оказывается меньше единицы, тогда как в большинстве предыдущих теоретических работах ожидалось значение больше единицы. Данный результат, подтверждённый недавними прецизионными вычислениями в КХД на решётке, является проявлением неизвестных ранее свойств разложения по обратной массе тяжёлого кварка в КХД. В рамках голографического подхода с целью описания столкновений тяжёлых ионов рассмотрена модель столкновений доменных стенок в модифицированных пятимерных пространствах AdS_5 (анти де Ситтера), что позволило воспроизвести экспериментальную зависимость множественности рождения частиц от энергии столкновения нуклонов. Предсказан возможный непертурбативный эффект в процессе рождения на LHC пары топ-антитоп в сопровождении промежуточного бозона (W, Z). Показано, что при энергии 13 ТэВ эффект может быть значительным. Результаты не противоречат существующим данным при 8 ТэВ. Отметим, что новейшие опубликованные данные указывают на возможность обсуждаемого эффекта на уровне 2-х стандартных отклонений. Подтверждение предсказания могло бы служить весомым аргументом в пользу справедливости механизма спонтанного возникновения эффективных взаимодействий в Стандартной модели, основанного на принципе компенсации Н.Н.Боголюбова. Вычислен 5-петлевой вклад в аномальные размерности кварковой массы поля в КХД. Результаты расчётов 5-петлевого вклада в аномальные размерности кварковой массы и поля в КХД имеют важные применения. В частности, вероятность распада бозона Хиггса на кварки пропорциональна квадрату массы соответствующего кварка и вычисленный вклад оказывается порядка 10^(-3), что сопоставимо с точностью планируемых экспериментов (TLEP). Исследованы возможности упрощения сценариев МССМ с наблюдаемой массой бозона Хиггса 125 ГэВ. Показано, что в СР-сохраняющем пределе следует рассматривать сценарии МССМ, зависящие от пяти параметров модели. Продемонстрировано, что существуют довольно ограниченные области параметров, при которых возможно редуцировать количество свободных параметров МССМ до двух, что находится в согласии с hMSSM-сценарием. Определены достаточные условия существования локального аналитического первого интеграла в системе с однородной правой частью пятого порядка. Также предложен подход к поиску обратимых систем для уравнения Лотки-Вольтерра с однородными нелинейностями. Изучены процессы двойного партонного рассеяния при энергиях современных коллайдеров. В подходе kt-факторизации рассмотрено ассоциативное рождение заряженных калибровочных бозонов и заряженных очарованных мезонов на LHC.

Статьи по НИР

Книги по НИР