В Новосибирске появится коллайдер для открытия Новой физики

До конца текущего года ученые создадут цифровую модель детектора для коллайдера Супер С-тау фабрика

Фото с сайта pixabay.com

На заседании Секции ядерной физики Отделения физических наук РАН (СЯФ ОФН РАН) специалисты Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) представили проект электрон-позитронного коллайдера Супер С-тау фабрика класса «мегасайенс»

В 2011 году Правительственная комиссия отобрала шесть проектов класса «мегасайенс» для реализации на территории Российской Федерации (ПИК, NICA, Игнитор, ИССИ-4, XCELS и Супер С-тау фабрика).

В 2017 г. проект Супер С-тау фабрики в числе других проектов был включен в План реализации Стратегии научно-технологического развития России. Он также вошел в число 30 научных проектов, планируемых к реализации в рамках программы развития Новосибирского научного центра, известной как Академгородок 2.0.

Эксперименты на ускорительном комплексе со встречными электрон-позитронными пучками Супер С-тау фабрика позволят выполнить всестороннее и прецизионное измерение свойств частиц, содержащих очарованный кварк, и тау-лептонов, а также проводить поиски Новой физики. Набор данных будет осуществляться в диапазоне энергий от 2 до 6 ГэВ с беспрецедентной светимостью (1035 см-2с-1), на два порядка превышающей достигнутую сегодня в мире в этом диапазоне энергии.

«Супер С-тау фабрика займет вполне существенную «нишу» в физике элементарных частиц. На ней будут изучаться процессы с участием с-кварков и тау-лептонов, а также другие процессы в соответствующей области энергий на недостижимом для других машин уровне точности, – прокомментировал руководитель СЯФ ОФН РАН, академик РАН, главный научный сотрудник отдела теоретической физики Института ядерных исследований РАН, доктор физико-математических наук Валерий Рубаков. – Для меня особенно интересны редкие распады тау-лептонов, которые либо запрещены, либо сильно подавлены в существующей теории элементарных частиц – Стандартной модели. Не исключено, что именно обнаружение этих редких распадов позволит продвинуться за пределы Стандартной модели, открыть, как говорят, Новую физику».

На поиск Новой физики нацелены эксперименты во всех ускорительных центрах, включая ЦЕРН (Швейцария), Организацию по изучению высокоэнергетических ускорителей (KEK, Япония), Национальную ускорительную лабораторию им. Энрико Ферми (США) и т.д. «Вне всякого сомнения, Супер С-тау фабрика рано или поздно будет построена, вопрос только в том, будет ли это сделано в Новосибирске или где-то еще, – добавил Валерий Рубаков, – сейчас ИЯФ СО РАН находится в более выгодном положении с точки зрения проработанности проекта, важно, чтобы это преимущество было использовано».

На данный момент идет активная детализация и техническая проработка проектов ускорительного комплекса и детектора Супер С-тау фабрики. Для разработки детектора организованно 11 рабочих групп, каждая из которых развивает свое направление. Например, рабочая группа «Физика и моделирование детектора» под руководством старшего научного сотрудника ИЯФ СО РАН, кандидата физико-математических наук Виталия Воробьева работает над созданием цифровой модели будущего детектора.

Концептуальный проект детектора. Фото с сайта inp.nsk.su

«Моделирование – это неотъемлемая часть любого эксперимента по физике частиц, – пояснил Виталий Воробьев. – Без детального компьютерного моделирования работы детектора невозможно полноценно интерпретировать экспериментальные результаты, полученные с этим детектором. Еще до строительства установки, мы создаем цифровую модель столкновения пучков, рождения частиц, формирования сигналов в регистрирующей электронике, обработки этих сигналов.

Так происходит переход от физической программы проекта, написанной на бумаге, к конкретным цифрам, которые показывают, при каких характеристиках детектора будут получены измерения различных величин с необходимой точностью. Например, в нашем эксперименте мы собираемся искать СР-нарушение в распадах тау-лептонов. Найдем ли? Никто не знает, но моделирование – еще до физического эксперимента – позволит нам узнать уровень чувствительности детектора к этому и другим проявлениям Новой физики».

Для моделирования детектора Супер С-тау фабрики специалисты выбрали программное обеспечение, включающее как известные, хорошо проверенные пакеты (например, ROOT и Geant4), так и новые интересные инструменты (например, пакет DD4HEP для описания геометрии детектора), которые разрабатывается в ЦЕРН для экспериментов на будущем коллайдере FCC (Future Circular Collider) и других будущих проектов. Первая версия цифровой модели детектора с детальным описанием всех подсистем будет готова в конце 2019 г. На разработку систем моделирования, обработки и хранения данных установки класса «мегасайенс» Супер С-тау фабрика ИЯФ СО РАН получил грант РНФ на четыре года (2019 – 2022 г.).

«Текущая мировая обстановка в физике частиц сложилась таким образом, что есть область промежуточных энергий, производительность установок в которой, а соответственно, и точность измерений, заметно уступает точности экспериментов на высоких энергиях, например, на Большом адронном коллайдере (ЦЕРН, Европейский центр ядерных исследований), – рассказал заместитель директора ИЯФ СО РАН, доктор физико-математических наук Иван Логашенко. – Проект Супер С-тау фабрики как раз может занять эту нишу, и в этом его актуальность.

На том уровне мощности и точности, которые будут достижимы на Супер С-тау фабрике, мы сможем выполнить обширную физическую программу, которая включает измерение сильных фаз в распадах D-мезонов, поиск запрещенных или сильно подавленных распадов с-кварка, поиск распадов тау-лептона с нарушением лептонного числа, СР-нарушения в распадах тау-лептонов – все эти эксперименты позволят уточнить Стандартную модель или же найти физику за ее пределами».