Экспериментальные исследования по физике тяжёлых кварков, электрослабых и нестандартных взаимодействий при высоких энергиях.НИР

Experimental physical study of heavy quarks, electroweak and non-standard interactions at high energies

Источник финансирования НИР

госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию)

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2015 г.-31 декабря 2015 г. Экспериментальные исследования по физике тяжёлых кварков, электрослабых и нестандартных взаимодействий при высоких энергиях.
Результаты этапа:
2 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. Экспериментальные исследования по физике тяжёлых кварков, электрослабых и нестандартных взаимодействий при высоких энергиях.
Результаты этапа: - В эксперименте CMS коллайдера БАК на данных протон-протонных столкновений при энергии 7 и 8 ТэВ, проведен прямой поиск существования аномальных правых векторных и левых и правых тензорных заряженных токов во взаимодействии топ кварка с W бозоном и b-кварком. Получены первые на коллайдере БАК прямые ограничения на константы связи, характеризующие такие аномальные токи. Получены как одномерные ограничения, так и контуры двумерных ограничений при одновременной вариации двух и трех констант связи. - В эксперименте CMS на данных протон-протонных столкновений при энергиях 7 и 8 ТэВ проведен прямой поиск существования нейтральных токов, меняющих аромат кварков, во взаимодействии топ кварка с u- или c-кварком, проходящем через обмен глюоном. Измерены ограничения на константы связи, характеризующие такие взаимодействия. Получены как одномерные ограничения, так и контуры двумерных ограничений при одновременной вариации двух констант связи. Найденные ограничения выражены через вероятности распада топ кварка. - В эксперименте CMS на данных протон-протонных столкновений при энергиях 7 и 8 ТэВ проведено измерение сечения s-канального рождения одиночного топ кварка. Сечение составило 7.1 +/- 8.1 пб (7 ТэВ) и 13.4 +/- 7.3 пб (8 ТэВ), что согласуется с предсказаниями Стандартной модели. Статистическая значимость измерений составила 2.5 стандартных отклонения. - В эксперименте CMS коллайдера БАК проведено измерение сечения t-канального рождения одиночного топ кварка при энергии протон-протонных столкновений 13 ТэВ. Сечение составило 232 +/- 13(стат.) +/- 28 (сист.) пб. Измерены также отношение сечений топ- и антитоп-кварка и параметр Vtb матрицы Кабиббо-Кобаяши-Маскава. Результаты всех измерений согласуются с предсказаниями Стандартной модели. - В эксперименте CMS проведен поиск рождения дополнительного векторного заряженного бозона W’, распадающегося на топ кварк и b-кварк, при энергии протон-протонных столкновений 8 и 13 ТэВ. Проведенные измерения не выявили сигнала дополнительного бозона, и были установлены ограничения на его минимальную массу. Ограничения составили 2.15 ТэВ (при энергии столковений 8 ТэВ) и 2.67 ТэВ (13 ТэВ). Последнее ограничение в настоящее время является наиболее жёстким для данной моды распада. - В эксперименте CMS решались сервисные задачи: валидация б-тагирования, развитие программного пакета CMSSW в области идентификации струй, порождённых b-кварками; нахождение параметров для отбора и реконструкции треков, с целью оптимизации алгоритмов офлайн обработки данных. В качестве эксперта осуществлялась поддержка Топ группы коллаборации CMS в вопросах идентификации струй порожденных b-кварками. - В эксперименте CMS проведено измерение зависимости от псевдобыстроты плотности потока энергии в протон-протонных взаимодействиях при энергии в системе центра масс 13 ТэВ. Измерения предоставляют важные данные для проверки и настройки теоретических моделей, используемых для Монте-Карло моделирования взаимодействий при высоких энергиях. Полученные результаты также полезны для генераторов, используемых в космических лучах, предоставляя опорные данные для экстраполяции к более высоким энергиям. Предсказания моделей находятся в пределах систематических ошибок измерения. Следует отметить отличия в наклоне зависимости от псевдобыстроты данных от Монте Карло в диапазоне 3.15 < |Ета| < 5.2. - Проведено исследование присутствия в данных Д0-коллаборации событий с рождением пары ψ(2S). Разработан метод нахождения двумерного фона для событий с двумя одинаковыми частицами, регистрируемых детекторами частиц высоких энергий. Измерена поперечная поляризация топ-кварка в парном рождении, в канале распадов с образование одного заряженного лептона и адронных струй. В районе значения массы ψ(2S) частицы наблюдается избыток событий, статистическая значимость которого равна 3σ. Аппроксимация области масс ψ(2S) двумерным Гауссом и плоским фоном дает 15±7 событий с двойными ψ(2S) и положение пика на 3.64±0.04 ГэВ/с2 при ширине распределения 84±41 ГэВ/с2, что соответствует разрешению Д0 детектора. Около значения массы 7.55 ГэВ/ с2 наблюдается пик, величина которого в 16 событий соответствует числу событий найденных выше под двумерным Гаусом. Таким образом, проведенный анализ со статистической обеспеченностью в 3σ указывает на существование состояния из 2х с и 2х анти-с кварков, которое соответствует мезонной молекуле, состоящей из 2х ψ(2S). Далее, планируется связать вместе исследование мезонных молекул [ψ(1S)-ψ(1S)], [ψ(1S)-ψ(2S)],[ψ(2S)-ψ(2S)], т. е. решить вопрос о непротиворечивости(согласии) наблюдаемых событий с этими состояниями. - Разработан метод нахождения двумерного фона для событий рождения двух одинаковых частиц, регистрируемых детекторами частиц высоких энергий. Обычно используемое двумерное интегрирование заменено аппроксимацией специально построенной одномерной функции. Величина сигнала находится вычитанием фона из общего числа событий, что позволяет определить чистоту отобранного множества событий с парными частицами. На событиях сгенеренных методом Монте-Карло было показано, что применение обычно используемого интегрирования функцией близкой к двумерному распределению Гауса и модельной функцией фона, повторяющих среднюю форму исходных данных, приводит к существенному сдвигу результата от истинного значения. По этой причине становится важным дополнительная проверка результата предложенным методом. - Впервые на Теватрон измерена поляризация топ-кварка в канале с рождением одного заряженного лептона и струй в процессах парного рождения топ-кварков. Впервые измерена поперечная поляризация топ-кварка в парном рождении. Поляризация измерялась по распределению угла вылета лептона по отношения к трем осям квантования. Наблюдаемые распределения согласуются с предсказаниями стандартной модели. - В 2016 г. коллаборация ZEUS опубликовала пять статей в высоко рейтинговых научных журналах. В основу статей легли результаты анализа данных эксперимента ЗЕВС (ZEUS), полученных на электрон-протонном коллайдере HERA (г. Гамбург, Германия) при активном участии физиков НИИЯФ МГУ. Изложим кратко основные полученные результаты. 1. Ограничения на эффективный радиус кварка из инклюзивного ep рассеяния. Процессы и обмены вне рамок Стандартной Модели (СМ) могут обусловить конечный эффективный радиус кварков Rq в протоне. Не нулевой Rq при очень больших значениях виртуальности фотона Q², должен видозменять поведение экспериментальных сечений рассеяния электрона на кварках в сравнении с предсказаниями СМ. Используя все доступные данные по процессам с Q²>10³ ГэВ² и выполняя одновременную подгонку партонных распределений и сечения рассеяния, в рамках формфакторной модели получено в два раза улучшенное значение эффективного радиуса кварка, равное см. 2. Поиск узкого барионного состояния распадающегося на и. Силы конфайнмента, обусловленные обменом цветными глюонами между кварками, позволяют сформировать наблюдаемые двухкварковые (мезоны) и трехкварковые (барионы) системы. Однако, до настоящего времени нет достаточно убедительных данных о формировании частиц с большим (четыре, пять) числом составляющих кварков. В этой связи в ZEUS на большем объеме данных был повторен поиск рождения экзотического пятикваркового бариона. Новый поиск не дал прямого доказательства существования узкого барионного состояния при массе системы вблизи 1.52 ГэВ. Установлены верхние пределы на сечение рождения Θs бариона в ep столкновениях при энергии HERA II. 3. Измерение отношения сечений σ(Ψ(2S))/σ(J/Ψ(1S)) в глубоко-неупругих эксклюзивных процессах. Исследования S-волновых чармониев Ψ(2S) и J/Ψ(1S) позволяет совершенствовать теоретические расчеты в рамках эффективных теорий поля и, в первую очередь, нерелятивистской квантовой хромодинамики. В то же время, чармониевыe системы обладают очень чистыми экспериментальными сигналами, что делает возможным детальное изучение их свойств. Электророждение чармониевых состояний исследовалось в эксклюзивных процессах глубоко-неупругого ep-рассеяния при энергии √s ≃317 ГэВ в кинематической области 2<Q²<80 ГэВ², 30<W<210 ГэВ и |t|<1 ГэВ². Анализировались моды распада J/Ψ(1S)→μ+μˉ, Ψ(2S)→μ+μˉ и Ψ(2S)→J/Ψ(1S)π+πˉ. Отношение сечений R были определены во всей кинематической области как функции переменных Q², W и |t|. Проведено также детальное сравнение отношения сечений R с модельными предсказаниями шести различных групп: HIKT, KNNPZZ, AR, LP, FFJS и KMW, обозначенных по первым буквам авторов (см. ссылки в [3]). Все модели предсказывают слабую зависимость R от W и |t|, что согласуется с экспериментом. Однако найдено, что R растет с Q² довольно быстро, и не все модели способны описать подобный рост. 4. Комбинированный анализ данных с ускорителя HERA в рамках КХД и электрослабых взаимодействий. В данной работе представлены результаты одновременной подгонки данных по стркутурным фунциям, моделируемых распределениями партонов (PDF) и параметров электрослабого взаимодействия. При этом учитывалась поляризация электронного пучка. Для анализа использовались данные эксперимента ZEUS, набранные в период с 2004 по 2007. Для описания эволюции PDF-распределений был использован ДГЛАП-формализм. Извлеченны константы векторной и аксиальной связи Z-бозона с u- и d-кварками, значения электрослабого угла смешивания (угол Вайнберга) и массы W-бозона (см. Рис ). Значения электрослабых параметров находятся в хорошем согласии с предсказаниями Стандартной модели. 5. Эксклюзивное рождение двух струй в дифракционном глубоко неупругом рассеянии на коллайдере HERA. Среди многообразия процессов в ep-рассеянии, имеется особый тип процесса, дифракционный, при котором формируется отделённая, в пространстве быстрот, адронная система. Модельно, рождение такой системы описывается процессом, включающим обмен сложносоставным объектом с квантовыми числами вакуума, помероном IP. Коллаборация ZEUS впервые представила измерения дифракционного рождения двух струй в глубоко неупругом ep рассеянии, γ* + p → jet1 + jet2 + p. Дифференциальные сечения dσ/dβ и dσ/dφ в пяти интервалах по величине β, измерены в кинематической области Q²>25 ГэВ² и 90 < W < 250 ГэВ, > 5 ГэВ. Измеренные абсолютные сечения выше, чем предсказывается моделью двух-глюонного (2G) обмена, и моделью составного померона (см. рисунок ниже). При β>0.4 различие между данными и моделью составного померона достигают значительной величины. В тоже время, 2G-модель вполне приемлемо воспроизводит данные. - Участие в эксперименте BM@N проекта NICA. Разработка методики и программного обеспечения системы юстировки детекторов установки BM@N Эксперимент BM@N для изучения барионной материи на Нуклотроне ОИЯИ нацелен на изучение уравнения состояния ядерной материи и динамики ядерных столкновений, изучение свойств адронов в плотной среде, а также на изучение рождения каскадных гиперонов вблизи порога и рождения гиперядер [1]. Начаты (с июля 2016 г.) работы по созданию программного обеспечения (ПО) для глобальной юстировки всех компонентов установки. Реконструкция треков частиц пока осуществлена только в детекторах GEM (газового электронного усиления), поэтому алгоритмы сопряжения трековых сегментов и обобщения юстировки получат полноценное развитие в дальнейшем, по мере появления ПО реконструкции вершинного детектора, других трековых подсистем и накопления экспериментальных данных. - Был проведен анализ свойств подобия радиона и бозона Хиггса в процессах одиночного рождения скаляра (бозона Хиггса либо радиона), а также парного рождения (двух бозонов Хиггса либо бозона Хиггса и радиона). Типы процессов, а также набор и количество других частиц СМ (калибровочных бозонов, фермионов) участвующих в процессах являются произвольными. Было показано, что несмотря на существенное различие в формах вершин взаимодействия поля Хиггса с полями СМ с аналогичными вершинами взаимодействия поля радиона с полями СМ, в процессах с рождением одиночной скалярной частицы (бозона Хиггса либо радиона), различие уже на уровне матрицы сводится к замене констант взаимодействия с полями СМ и масс скаляров. Для процессов с рождением двух скалярных частиц (парного рождения бозона Хиггса либо ассоциированного рождения бозона Хиггса и радиона) различие сводится к замене масс скаляров, констант взаимодействия с полями СМ, а также константы самодействия поля Хиггса третьего порядка, причем при равенстве масс скалярных частиц изменение константы самодействия сводится только к замене масс и констант взаимодействий с полями СМ. Также, в рамках Стабилизированной модели РС был получен эффективный четырехмерный лагранжиан с полем радиона до четвертого порядка включительно по обратному характерному энергетическому масштабу теории (совпадающем с константой взаимодействия радиона с полями СМ в низшем приближении). Учтены как члены взаимодействия с полями СМ, так и члены самодействия радиона. Полученный лагранижан имеет кинетический член неканонического вида, который можно привести к каноническому виду нелинейным преобразованием поля радиона. Получены приближенные выражения для всех констант самодействия радиона и его взаимодействия с полями СМ как в форме с неканоническим кинетическим членом, так и в форме, приведенной к канонической с требуемой точностью (до второго порядка по характерным безразмерным малым параметрам теории). Для эффективного четырехмерного лагранжиана радиона и его взаимодействия с полями СМ с точностью до четвертого порядка по энергетическому массштабу теории получены выражения для всех констант самодействий и взаимодействий с точностью до второго порядка по имеющимся в теории безразмерным малым параметрам (отношению массы радиона и параметра скорости падения пятимерного фонового стабилизирующего скалярного поля к параметру скорости падения пятимерной фонового метрического тензора между бранами). - Оценка коллайдерного потенциала в постановке ограничений на массу W' бозона, проводилась в рамках стабилизированной модели мира на бране. Вклад W' бозона и оставшейся КК башни оценивался в процессе распада бозона Хиггса в два фотона и в процессе рождения одиночного топ кварка. Проводилась оцека рассчетных значений силы сигнала с соверменными и будущими экспериментальными значениями.
3 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. Экспериментальные исследования по физике тяжёлых кварков, электрослабых и нестандартных взаимодействий при высоких энергиях.
Результаты этапа: Топ-кварк является наиболее тяжелым из всех известных бесструктурных (точечных) фундаментальных обьектов. Время жизни топ-кварка существенно меньше характерного времени образования адронных состояний и он успевает распасться практически по единственному каналу распада в W бозон и b-кварк. Отсутствие промежуточных адронных состояний с топ-кварком, в отличии от всех других кварков, дает уникальную возможность исследовать фундаментальные свойства взаимодействий топ-кварка без характерных ошибок и неопределенностей, связанных с промежуточными адронными состояниями. Физика за пределами Стандартной модели (СМ) в секторе топ-кварка может проявляться либо в рождении новых частиц в процессах с топ-кварком, либо в модификации предсказываемых СМ значений параметров взаимодействия топ-кварка с другими частицами. В рамках исследований проводимых в эксперименте CMS коллайдера LHC опубликованы результаты поиска отклонений от предсказаний Стандартной модели в процессах одиночного рождения топ кварка. Результаты получены на основе анализа данных протон-протонных столкновений при энергиях 7 и 8 ТэВ в эксперименте CMS коллайдера БАК. Представлены верхние ограничения на параметры характеризующие отклонения во взаимодействии топ кварка с W бозоном и b-кварком, и нейтральные токи меняющие аромат кварков во взаимодействии топ кварка с u- или c-кварком через обмен глюоном. Проводится аналогичный анализ на получаемых в том же эксперименте данных при энергии 13 ТэВ. Опубликовано первое измерение сечения т-канального одиночного рождения топ кварка при энергии 13 ТэВ. Опубликовано измерение массы топ кварка в процессах электрослабого одиночного рождения. Опубликованы результаты поиска дополнительного векторного заряженного бозона распадающегося на топ кварк и b-кварк в протон-протонных столкновениях при энергии 13 ТэВ. Получены нижние ограничения на массу такого бозона и верхние ограничения на соответствующие константы связи. Проведены измерения зависимости от псевдобыстроты и центральности событий плотности потока поперечой энергии во взаимодействия протон-свинец при энергии 5 Тэв в нуклон-нуклонной системе масс. Результаты измерений сравниваются с различными генераторами взаимодействия. Проведена валидация релизов программного пакета CMSSW, связанная с проверкой идентификации струй, порождённых б-кварками, в триггерах высокого уровня (обеспечено двумя месяцами сервисных задач коллаборации CMS). Обеспечена поддержка и развитие кода DQM (Data quality monitoring), использующегося для вышеуказанной валидации (один месяц сервисных задач). Созданы интерфейсы применения методов глубокой тренировки нейронных сетей для анализа данных эксперимента CMS. Проведено сравнение различных подходов и выработаны рецепты использования глубоких нейронных сетей для исследования процессов рождения топ кварка. Проводятся исследования потенциала эксперимента CMS после модернизации детектора (Phase II Upgrade) запланированного на 2023 год. Моделируются процессы одиночного рождения топ кварка через нейтральные токи меняющие аромат кварков. Проводится оценка ожидаемой чувствительности модернизированного эксперимента. Результаты планируется опубликовать в Technical Design Report в конце 2017 года. В эксперименте CMS с использованием калориметра CASTOR, перекрывающего рекордно высокие псевдобыстроты, измерены дифференциальные спектры энергий частиц, попадающих в диапазон 5.2<<6.5. В протон-протонных столкновениях при энергии центра масс 13 ТэВ измерены распределения как по полной суммарной энергии частиц, попадающих в CASTOR, так и по её электромагнитной и адронной составляющим. Спектры демонстрируют чувствительность к моделированию мультипартонных взаимодействий в протон-протонных столкновениях. Результаты измерений предлагают новые ограничения для моделей адронного взаимодействия, используемых для описания как ускорительных экспериментов, так и экспериментов по физике космических лучей. В эксперименте D0 коллайдера Теватрон измерена масса топ кварка на основе комбинаций всех данных эксперимента D0, полученных при энергиях 1.8 и 1.96 ТэВ. Достигнута точность измерения 0.5%. Результат находится в согласии с результатами других экспериментов. Проведено объединение полного набора данных экспериментов D0 и CDF для измерения асимметрии рождения топ и анти-топ кварков в передней и задней областях детекторов. Получены полное и дифференциальные значения для асимметрии. В пределах неопределенностей эксперимента, результаты AttFB = 0.128 +/- 0.025 находятся в согласии с последними вычислениями в рамках Стандартной модели. Используя данные эксперимента ZEUS коллайдера HERA, впервые измерены сечения дифракционного фоторождения прямых фотонов инклюзивно и в сопровождении струй, по широкому набору кинематических переменных. Получены прямые указания на вклад «прямого» померона при ZP>0.9. Объединив данные экспериментов H1 и ZEUS по рождению частиц включающих c-кварк и используя уравнения эволюции КХД, впервые из данных с ep- коллайдера HERA извлечена “бегущая” масса c-кварка, mc(μ), в широком диапазоне виртуальности фотона Q², 2.5 ГэВ² < Q²< 2000 ГэВ². Результаты опубликованы в двух статьях в высоко рейтинговых научных журналах, и представлены в пленарном докладе на международной конференции PHOTON17. Рассмотрена модель Рэндалл-Сундрум с двумя бранами, в которой поля Стандартной Модели локализованы на бране с отрицательным натяжением, а в пространстве между бранами распространяются гравитационное поле и дополнительное скалярное поле Гольдберга-Вайза. Построен лагранжиан для скалярных флуктуаций гравитационного и скалярного полей над фоновым решением. Получены эффективный четырехмерный лагранжиан, описывающий нелинейные члены самодействия скалярного поля радиона в полиномиальном приближении с точностью до четвертого порядка, а также нелинейные члены самодействия радиона и полей Стандартной Модели. Получены оценки возможных значений констант самодействия. Построены квантовые инфляционные сценарии в частности модели неминимально взаимодействующей гравитации с двумя дублетами в с древесным потенциалом Хиггса двухдублетной модели, рассмотрена космологическая эволюция и переход через сингулярность в моделях с неминимальным взаимодействием скалярных полей с гравитацией в метрике Бъянки-I.
4 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. Экспериментальные исследования по физике тяжёлых кварков, электрослабых и нестандартных взаимодействий при высоких энергиях
Результаты этапа: Топ-кварк является наиболее тяжелым из всех известных бесструктурных (точечных) фундаментальных обьектов. Время жизни топ-кварка существенно меньше характерного времени образования адронных состояний и он успевает распасться практически по единственному каналу распада в W бозон и b-кварк. Отсутствие промежуточных адронных состояний с топ-кварком, в отличии от всех других кварков, дает уникальную возможность исследовать фундаментальные свойства взаимодействий топ-кварка без характерных ошибок и неопределенностей, связанных с промежуточными адронными состояниями. Физика за пределами Стандартной модели (СМ) в секторе топ-кварка может проявляться либо в рождении новых частиц в процессах с топ-кварком, либо в модификации предсказываемых СМ значений параметров взаимодействия топ-кварка с другими частицами. В рамках участия в эксперименте CMS коллайдера LHC, проведены исследования ожидаемой чувствительности эксперимента CMS в режиме высокой светимости (HL-LHC, 14 ТэВ). Исследовались проявления нейтральных токов меняющих аромат кварков во взаимодействии топ кварка с u- или c-кварком через обмен глюоном. Проведено полное моделирование, включая моделирование отклика обновленного детектора. Найдены условия оптимальные для экспериментального поиска. Получены ожидаемые ограничения на константы связи, характеризующие возможное проявление таких отклонений от предсказаний СМ. Проведена экстраполяция и получена ожидаемая эффективность для режима высокой энергии (HE-LHC, 27 ТэВ). Продолжены исследования данных получаемых в протон-протонных столкновениях при энергии 13 ТэВ. На основе получаемых данных анализируется возможное проявление отклонений от предсказаний СМ в процессах одиночного рождения топ кварка. Готовятся результаты новых измерений констант связи характеризующих проявления нейтральных токов во взаимодействиях топ кварка с u- или c-кварком. Готовятся измерения характеристик взаимодействия топ кварка с W бозоном и b-кварком с целью поиска возможных отклонений и установки ограничений на параметры характеризующие такие отклонения. Впервые, планируется провести скоррелированные измерения в различных каналах рождения топ кварка, что даст возможность существенно ужесточить новые ограничения на возможные отклонения от СМ, или измерить такие отклонения на новом уровне чувствительности. На данных протон-протонных столкновений набранных в 2016 году при энергии 13 ТэВ проведен ряд измерений сечений ассоциативного рождения одиночного топ кварка и калибровочных бозонов. Проведено измерение сечения ассоциативного рождения топ кварка и W бозона, измеренное сечение составило 63.1 ± 1.8 (stat) ± 6.4 (syst) ± 2.1 (lumi) пб. Проведено измерение ассоциативного рождения топ кварка и Z бозона измеренное сечение составило 123+33−31 (stat) +29−23 (syst) фб, а статистическая значимость 3.7σ. Проведено измерение ассоциативного рождения топ одиночного топ кварка и фотона. Измеренное сечение составило 115 ± 17 (stat) ± 30 (syst) фб при статичстической значимости 4.4σ. Измеренные значения согласуются с предсказаниями СМ. Подготовлена новая версия аппаратных и программных средств системы управления и контроля (DCS) форвард- калориметра CASTOR детектора CMS, осуществлялось экспертноe сопровождениe функционирования детектора в процессе набора данных. В 2018 году основной задачей были работы по подготовке форвард- калориметра к набору данных в сеансах на тяжелых ионах – HI-2018. Проводится оптимизация интерфейсов и методов применения глубоких нейронных сетей для анализа данных эксперимента CMS. Проводится сравнение различных подходов и находятся рецепты практического использования глубоких нейронных сетей для исследования процессов рождения топ кварка. В 2018 году был продолжен ряд расширенных анализов в эксперименте ZEUS коллайдера HERA. Использовалась объединенная база данных экспериментов H1 и ZEUS на HERA в различных кинематических режимах. В процессах глубоко-неупругого рассеянии (ГНР, Q² >10 ГэВ²) для целого ряда кинематических наблюдаемых были измерены дифференциальные сечения образования изолированного фотона в сопровождении адронной струи. Выполнено сравнение данных с предсказаниями КХД моделей [JHEP 1801 (2018) 032]. Объединение данных экспериментов H1 и ZEUS по рождению адронов включающих c- и b-кварки, позволило экспериментально продемонстрировать “бегущий” характер массы как c-кварка, mc(μ), так и b-кварка, mb(μ), в широком диапазоне виртуальности фотона Q², 2.5 ГэВ² < Q²< 2000 ГэВ² [Eur.Phys.J. C78 (2018) no.6, 473]. Термин «бегущий», обозначает изменение той или иной физической величины (силы взаимодействия, масса частицы и пр.) при изменении внешних параметров. Следует отметить, что в 2017 году группа ZEUS опубликовала статьи по схожим тематикам, но для других классов процессов: дифракционному фоторождению (Q²~0 ГэВ²) изолированных фотонов и по "бегущей" массе только с-кварка. Опубликовано две статьи в высоко рейтинговых научных журналах. Сделан один доклад на IV Международной конференции по физике частиц и астрофизике (ICPPA). По линии участия в экспериментах BM@N и MPD мегасайенс-проекта «Комплекс NICA» на базе ОИЯИ, Дубна, разработан проект по тематике «Поиск и исследование наблюдаемых, чувствительных к новым фундаментальным явлениям в плотной адронной и кварк-глюонной материи, и разработка методов их анализа на экспериментальных установках ВM@N и MPD комплекса NICA». В контексте исследований радиона в моделях типа Рэндал-Сандрум были вычислены константы самодействия и взаимодействия радиона в стабилизированной модели Рэндалл-Сандрум с полями Стандартной Модели до четвертого порядка включительно. Получены самосогласованные фоновые решения в модели «мира на бране» с двумя дополнительными измерениями. Проведены исследования в пространствах с кривизной: построены инфляционные сценарии в неминимально-взаимодействующей гравитации с потенциалами мотивированными минимальной суперсимметричной стандартной моделью с произвольным углом смешивания; рассмотрены модели нелокальной гравитации с Гаусс-Бонне слагаемым; рассмотрены возможности перехода через сингулярность в неминимально взаимодействующей со скалярными полями гравитации во вселенной Бьянки-I.
5 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. Экспериментальные исследования по физике тяжёлых кварков, электрослабых и нестандартных взаимодействий при высоких энергиях
Результаты этапа: Топ-кварк является наиболее тяжелым из всех известных бесструктурных (точечных) фундаментальных объектов. Время жизни топ-кварка существенно меньше характерного времени образования адронных состояний и он успевает распасться практически по единственному каналу распада в W бозон и b-кварк. Отсутствие промежуточных адронных состояний с топ-кварком, в отличие от всех других кварков, дает уникальную возможность исследовать фундаментальные свойства взаимодействий топ-кварка без характерных ошибок и неопределенностей, связанных с промежуточными адронными состояниями. Физика за пределами Стандартной модели (СМ) в секторе топ-кварка может проявляться либо в рождении новых частиц в процессах с топ-кварком, либо в модификации предсказываемых СМ значений параметров взаимодействия топ-кварка с другими частицами. В рамках участия в эксперименте CMS коллайдера LHC, продолжено исследование процессов ассоциативного рождения топ-кварка с Z- и W-бозонами и с бозоном Хиггса. Процессы являются редкими, но особенно важными с точки зрения продолжения исследования свойств топ-кварка и поиска возможных отклонений от предсказаний Стандартной модели (СМ) в секторе топ-кварка. Достигнутый уровень точности измерений пока не позволил выделить процесс ассоциативного рождения одиночного топ-кварка и бозона Хиггса, но в результате проведенного анализа впервые прямо исключен неправильный знак взаимодействия Юкавы бозона Хиггса и топ-кварка (tHq). Впервые удалось достичь статистической достоверности измерения сечения ассоциативного рождения топ-кварка и Z бозона (tZq). Измеренное сечениe процесса находится в согласии с предсказаниями стандартной модели. Проведены измерения дифференциальных сечений. Впервые установлены ограничения на параметры возможных аномальных взаимодействий топ-кварка в интерпретации эффективной теории поля в процессах ассоциативного рождения топ-кварка с W бозоном (tWb). В рамках Стандартной модели эти процессы были открыты несколько лет назад, сейчас исследуются свойства топ-кварка проявляющиеся в этих процессах и впервые прямой поиск "новой физики" во взаимодействиях топ-кварка проведен в интерпретации эффективной теории поля. Продолжено исследование возможного проявления нейтральных токов меняющих аромат кварков во взаимодействии топ-кварка с u- или c-кварком проходящем через обмен глюоном (FCNC tqg). Проводится анализ данных протон-протонных взаимодействий при энергии 13 ТэВ с учетом вклада всех возможных систематических неопределенностей. Результаты готовятся к одобрению коллаборацией CMS. Готовится анализ возможных отклонений от предсказаний СМ во взаимодействии топ-кварка с W бозоном и b-кварком проявляющихся во взаимодействиях при энергии 13 ТэВ. Создаются необходимые Монте-Карло генераторы событий учитывающие заряженные аномальные лево- и право-взаимодействующие токи векторного и магнитного типов. Анализ проводится на полном наборе данных полученных детектором CMS в течении 2016, 2017 и 2018 годов. Опубликованы исследования возможностей модернизированного детектора CMS в режиме высокой светимости и высокой энергии (HL-LHC 14 ТэВ, HE-LHC 27 ТэВ) [ISBN: 978-92-9083-549-3,http://dx.doi.org/10.23731/CYRM-2019-007]. Проведено полное моделирование различных процессов и моделирование отклика модернизированного детектора. На основе статистического анализа результатов и возможных систематических неопределенностей получены значения ожидаемой чувствительности будущего эксперимента. Проведены исследования возможностей триггерной системы первого уровня (L1T) модернизированного детектора CMS. Изучено влияние триггерного порога поперечного импульса мюона на чувствительность эксперимента к исследованию нейтральных токов меняющих аромат кварков во взаимодействии топ-кварка с u- или c-кварком проходящем через обмен глюоном. На основе проведенных исследований будет формироваться триггерное меню эксперимента CMS. Результаты готовятся к публикации в L1T TDR. Проведенo исследование точности моделирования фотонов (валидация) в модернизированном детекторе CMS. Исследуются моделируемые наборы событий на предмет выявления аномалий. Создается программное обеспечение способное выявлять аномалии моделирования отклика модернизированного детектора CMS для жестких фотонов. Продолжена разработка программного обеспечения (ПО) тестирования и контроля крейтов электроники стандарта mTCA в составе детектора CMS. Разработанное ПО призвано существенно повысить эффективность работы физической установки за счет полноценного контроля электронных модулей стандарта mTCA, снижения уровня информационных потерь и поднятия уровня безопасной эксплуатации электронного оборудования крейтов mTCA. В связи с переходом на новую версию 3.16 программной среды многооконного центра с открытой архитектурой (WinCC OA) проведена модернизация программного обеспечения всего проекта мониторирования электроники mТСА в центральной системе контроля и управления (DCS) детектора CMS. Для быстрого и удобного доступа к полученным данным, собранным с помощью форвард-калориметра CASTOR при разных режимах работы коллайдера, создан аппаратно-программный комплекс предоставляющий доступ к данным системы медленного контроля (SC) переднего (форвард) детектора через виртуальную машину. Проводится оптимизация интерфейсов и методов применения глубоких нейронных сетей для анализа данных эксперимента CMS. Проверяются и формулируются рецепты применения байесовского подхода при использовании глубоких нейронных сетей с целью оптимизации исследований процессов рождения топ-кварка. В 2019 г. коллаборация ZEUS продолжила анализ объединенных данных, набранных в экспериментах ZEUS и H1 на электрон-протонном коллайдере HERA (г. Гамбург, Германия). Выполнялся поиск возможного отклонения от Стандартной модели (СМ) в секторе контактных взаимодействий и образования лептокварков. Впервые измерены из данных ZEUS сечения образования тяжелых очарованных кварков через заряженные токи в глубоко-неупругих соударениях. Продолжено участие в экспериментах BM@N и MPD мегасайенс-проекта комплекс «NICA» на базе ОИЯИ, Дубна. В составе коллаброации MPD проведен поиск и исследование наблюдаемых, чувствительных к новым фундаментальным явлениям в плотной адронной и кварк-глюонной материи, и разрабатываются методы их анализа на экспериментальных установках комплекса NICA. Начата разработка системы программной юстировки время-проекцонного трекового детектора (TPC) установки MPD на основе использования реальных треков. Продолжено участие в физическом анализе на экспериментальной установке ВM@N комплекса «NICA». В эксперименте LHCb, коллайдера LHC проводится разработка системы программной юстировки оптической системы RICH детекторов на основе использования реальных данных. Продолжены исследования нелинейных взаимодействий Радиона, сравнение с бозоном Хиггса. Исследовалось возникновение иерархии энергетических масштабов в теориях с планковскими дополнительными измерениями за счет эффекта Казимира. Продолжено исследование киральных космологических моделей. Метод суперпотенциала обобщен на многополевые модели с гравитацией. Найдены и сформулированы условия стабильности решений с постоянным параметром Хаббла в моделях с неминимально взаимодействующими полем в присутствии Гаусс-Бонне взаимодействия. Решен ряд задач классической электродинамики для пучков заряженных частиц круглого и эллиптического сечений при различных граничных условиях (вакуум, проводники, магнетики). Методом зеркальных зарядов точно вычислены одномерные распределения электрических и магнитных полей индуцированные пучком между проводящими и ферромагнитными параллельными плоскостями. Исследована динамика сгустка заряженных частиц в коллиматоре ускорителя, вычислены обобщенные полевые формфакторы Ласлетта. Для коллиматоров бесконечного и конечного размеров вычислены сдвиги бетатронных частот порождаемые зеркальными зарядами. Получены точные двумерные аналитические выражения для электрического и магнитного полей и их потенциалов, создаваемых линейным пучком релятивистских заряженных частиц между бесконечными идеально проводящими плоскостями и ферромагнитными полюсами. Статья направленна в журнал «Теоретическая и Математическая Физика».
6 1 января 2020 г.-31 декабря 2020 г. Экспериментальные исследования по физике тяжёлых кварков, электрослабых и нестандартных взаимодействий при высоких энергиях.
Результаты этапа: Топ-кварк является наиболее тяжелым из всех известных бесструктурных (точечных) фундаментальных объектов. Время жизни топ-кварка существенно меньше характерного времени образования адронных состояний и он успевает распасться практически по единственному каналу распада в W бозон и b-кварк. Отсутствие промежуточных адронных состояний с топ-кварком, в отличие от всех других кварков, дает уникальную возможность исследовать фундаментальные свойства взаимодействий топ-кварка без характерных ошибок и неопределенностей, связанных с промежуточными адронными состояниями. Физика за пределами Стандартной модели (СМ) в секторе топ-кварка может проявляться либо в рождении новых частиц в процессах с топ-кварком, либо в модификации предсказываемых СМ значений параметров взаимодействия топ-кварка с другими частицами. В рамках участия в эксперименте CMS коллайдера LHC, проведено измерение дифференциального сечения t-канального рождения одиночного топ кварка в протон-протонных столкновениях при энергии 13 ТэВ. Измерены зависимости сечения от поперечного импульса, псевдорапидити и угла поляризации топ кварка. Измерена асимметрия связанная со спиновыми состояниями топ кварка. [Eur. Phys. J. C 80 (2020) 370] Все измерения находятся в согласии с предсказаниями СМ. Проведено модельно-независимое измерение элементов Кабибо-Кобаяши-Маскава матрицы в секторе топ кварка. Измерения проведены в t-канальном процессе одиночного рождения. Соблюдая требование унитарности матрицы был установлено нижнее ограничение |Vtb|> 0.970 на уровне достоверности 95%. В отсутствии требования унитарности матрицы проведены полностью модельно-независимые измерения: |Vtb|= 0.988 ± 0.024, и |Vtd|2+|Vts|2= 0.06 ± 0.06 [Phys. Lett. B 808 (2020) 135609]. Продолжено исследование возможного проявления нейтральных токов, меняющих аромат кварков во взаимодействии топ-кварка с u- или c-кварком, проходящем через обмен глюоном (FCNC tqg). Проводится анализ данных протон-протонных взаимодействий при энергии 13 ТэВ с учетом вклада всех возможных систематических неопределенностей. Готовится анализ возможных отклонений от предсказаний СМ во взаимодействии топ-кварка с W бозоном и b-кварком проявляющихся во взаимодействиях при энергии 13 ТэВ. Анализ проводится на полном наборе данных полученных детектором CMS в течении 2016, 2017 и 2018 годов. Завершено моделирование процесса ассоциативного рождения топ кварка с W бозоном и b-кварком точно учитывающем однорезонансные, двухрезонансные вклады и интереференцию между ними, и включающее основные возможные аномальные операторы за рамками СМ, во взаимодействии топ кварка с W бозоном и b-кварком. Моделирование проведено ранее разработанным методом включения дополнительных полей. Созданы необходимые для экспериментального поиска Монте-Карло генераторы. Созданные генераторы и смоделированные события внедрены в экспериментальном поиске исследуемых отклонений в эксперименте CMS, и проходят необходимое официальное моделирование отклика детектора. [Physics of Atomic Nuclei, 2020, Vol. 83, No. 6, pp. 926–930] Проведено исследование границ применимости подхода эффективной теории поля (EFT) при нахождении экспериментальных ограничений на вклад аномальных операторов исходя из условия унитарности. Были рассмотрены операторы описывающие нейтральные токи меняющие аромат кварков во взаимодействиях топ кварка. Вычислены аналитические зависимости амплитуды таких процессов. Проведены численные вычисления зависимостей поведения сечений при различных энергиях. Продемонстрировано стабильное поведение сечений при возрастании энергии. Аналитические выражения для амплитуды процессов позволили показать, что получаемые экспериментальные ограничения не выходят за границы унитарности и используемый подход исследований может быть применен не только для современных коллайдеров, но и планируемого коллайдера FCC при энергии 100 ТэВ. Oпубликованная работа позволила количественно подтвердить применимость используемого подхода для современных и планируемых коллайдеров. [Physics of Atomic Nuclei, 2020, Vol. 83, No. 6, pp. 921–925.] Продолжена разработка программных средств для дальнейшего открытого использования массива экспериментальных данных, полученных с помощью форвард-калориметра CASTOR установки CMS. Результаты работы переднего калориметра CASTOR (Centauro и STrange Object Research) установки CMS в период эксплуатации в сеансах по набору статистики в Run 1 и Run 2 на LHC обобщены и представлены в статье «The very forward CASTOR calorimeter of the CMS experiment» ( arXiv:2011.01185 [physics.ins-det]), направленной для публикации в JINST. Впервые проведено изучение дифракции в столкновениях протон-ядро при энергиях LHC. В CMS проведено измерение распределения по быстротным щелям (rapidity gaps) в дифракционных столкновениях протон-свинец при энергии 8.16 Тев на нуклон. Получено сечение, существенно превышающие сечения, предсказываемыми Монте-Карло моделированием. С учётом того, что Монте-Карло удовлетворительно описывают сечения в протон-протонных столкновениях, это означает, что ядерные эффекты вносят физические особенности, которые плохо учитывается в моделях. Продолжено участие в экспериментах BM@N и MPD мегасайенс-проекта комплекс «NICA» на базе ОИЯИ, Дубна. В составе коллаборации MPD продолжен поиск и исследование наблюдаемых, чувствительных к новым фундаментальным явлениям в плотной адронной и кварк-глюонной материи, и разрабатываются методы их анализа на экспериментальных установках комплекса NICA. Продолжена разработка методики и программной системы юстировки время-проекционного трекового детектора (TPC) установки MPD на основе использования реальных треков. Продолжено участие в физическом анализе на экспериментальной установке ВM@N комплекса «NICA». В 2020 г. коллаборация ZEUS продолжила анализ данных, набранных в экспериментах H1 и ZEUS на электрон-протонном коллайдере HERA (г. Гамбург, Германия). Были измерены 2-х частичные азимутальные корреляции в нейтральных токах при глубоко-неупругом рассеянии с виртуальностью Q² > 5 ГэВ^2 при энергии в СЦИ 318 ГэВ в событиях с большой множественностью. Измеренные корреляции не подтверждают свойств коллективного поведения материи, недавно наблюденных на ускорителях RHIC и LHC. При больших значениях переменной х функции распределения партонов плохо определены и сильно варьируются в зависимости от вида функций глобального фитирования. Для преодоления этой проблемы в работе была разработана методика сравнения предсказаний различных параметризаций. Эта методика была использования для сравнения предсказаний общеупотребительных PDF наборов с данными ZEUS в указанной области значений переменной х. Опубликовано две статьи в высоко рейтинговых научных журналах. На LHC (БАК) и в строящемся HL-LHC (БАК-ВС), более 100 коллиматоров и магнитов с параллельными плоскими поверхностями. Проводится исследование влияние окружающих проводников и магнетиков с плоскими границами на поля, динамику и стабильность пучка под влиянием поверхностных зарядов и токов. Продолжены работы по развитию системы тестирования и подключения к центральной системе управления и контроля (DCS) установки CMS новой модификации электронных карт регистрации крейтов электроники с микроархитектурой для телекоммуникационных вычислений (mТСА). Новая модификация электронных карт входит в систему синхронизации и триггерную систему установки CMS. В эксперименте LHCb, коллайдера LHC проводится разработка новой системы программной юстировки оптической системы RICH детекторов LHCb для третьего периода работы LHC (Run 3) на основе использования реальных данных, в рамках нового фреймворка «реально-временной анализ» (RTA). Получены члены самодействия поля радиона до четвертого порядка включительно, а также члены взаимодействия радиона с полями СМ до второго порядка (того же порядка по константе связи, что и члены самодействия). Продолжено исследование эффекта подобия полей радиона и Хиггса. На древесном уровне по показано, что при произвольном количестве участвующих в процессе векторных и скалярных бозонов СМ и произвольном количестве радионов результат аналогичен процессу с заменой радионов на бозоны Хиггса и заменой масс и констант самодействия радиона. Выписаны точные выражения в различных вариантах соотношений параметров модели для масс и констант взаимодействий физических мод. Продолжены исследования нелинейных взаимодействий Радиона, сравнение с бозоном Хиггса. Исследовалось возникновение иерархии энергетических масштабов в теориях с планковскими дополнительными измерениями за счет эффекта Казимира. Найдена инфляционные сценарии в Эйнштейн-Гаусс-Бонне гравитации с потенциалом пропорциональным четвертой степени поля. Реконструирована модель приводящая к аналитической зависимости инфляционных параметров от числа е-фолдингов вида космологического аттрактора в Эйнштейн-Гаусс-Бонне гравитации. Применена процедура реконструкции для поиска решения де Ситтера модели нелокальной Эйнштейн-Гаусс-Бонне гравитации функционального вида. Метод суперпотенциала применен для построения моделей f(R) гравитации с точными решениями. В рамках теоретического исследования распадов B^- -> l+ l- l+ nu_l, изучено влияние непертурбативной фазы между rho(770) и omega(782) — резонансами на амплитуды данных распадов. Учтен вклад масс лептонов в конечном состоянии. С помощью программного пакета EvtGen разработаны новые инструменты для получения парциальных ширин многочастичных распадов нейтральных B-мезонов, создана модель распада B_s-мезона на четыре заряженных лептона в приближении, когда формфакторы по каждому дилептоному каналу факторизуются. Получена предварительная оценка парциальной ширины Br(Bs -> e^+ e^- mu^+ mu^-)~ 7*10^{-10}, а также некоторые дифференциальные характеристики данного распада.
7 1 января 2021 г.-31 декабря 2021 г. Экспериментальные исследования по физике тяжёлых кварков, электрослабых и нестандартных взаимодействий при высоких энергиях.
Результаты этапа:
8 1 января 2022 г.-31 декабря 2022 г. Экспериментальные исследования по физике тяжёлых кварков, электрослабых и нестандартных взаимодействий при высоких энергиях.
Результаты этапа:
9 1 января 2023 г.-31 декабря 2023 г. Экспериментальные исследования по физике тяжёлых кварков, электрослабых и нестандартных взаимодействий при высоких энергиях.
Результаты этапа:
10 1 января 2024 г.-31 декабря 2024 г. Экспериментальные исследования по физике тяжёлых кварков, электрослабых и нестандартных взаимодействий при высоких энергиях.
Результаты этапа:

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".