Эксперимент CMS

Эксперимент CMS (Compact Muon Solenoid) - один из двух крупнейших международных экспериментов на Большом адронном коллайдере, нацеленных на поиск новых частиц и других проявлений Новой физики за пределами Стандартной Модели. Группа МИФИ вступила в коллаборацию CMS в 2015 году и принимает активное участие в широком спектре работ - от модернизации и наладки подсистем детектора до анализа физических данных. В настоящее время двое молодых ученых их нашей группы стали координаторами важнейших направлений работы внутри коллаборации, одно из которых касается большой подсистемы детектора, адронного калориметра, а другое - целого направления в области изучения прелестных кварков.

Свою деятельность в коллаборации наша группа начала с работ на одной из основных подсистем детектора CMS - адронном калориметре. Эта многотонная многослойная структура сложной геометрии играет важную роль в измерении энергии кварковых струй и в оценке величины недостающей поперечной энергии при анализе процессов, происходящих в протон-протонных столкновениях на БАК. Ученые и инженеры группы МИФИ занимаются настройкой, калибровкой и модернизацией разных частей адронного калориметра, включая монтаж модернизированных модулей с кремниевыми фотоумножителями. Работы ведутся как в тестовых лабораториях, так и непосредственно на самом детекторе во время плановых остановок эксперимента. В 2019 году инженер МИФИ Павел Парыгин стал лауреатом премии CMS "за большой вклад в работы по вводу в эксплуатацию электроники первой фазы модернизации адронного калориметра и по подготовке детектора к наборам данных с использованием космических мюонов". В настоящее время Павел является координатором работ на адронном калориметре CMS. В его обязанности входит обеспечение бесперебойного функционирования калориметра при наборе физических данных и быстрое устранение неисправностей. Это подразумевает согласование деятельности различных команд, в том числе отвечающих за автоматизированные системы контроля и безопасности детектора, систему набора и мониторирования данных. Сфера ответственности координатора включает также планирование текущих и будущих модернизаций калориметра.

Интереснейший спектр задач связан с анализом экспериментальных данных. Наши сотрудники занимают лидирующие позиции в группе В-физики коллаборации CMS и активно привлекают к научной работе студентов НИЯУ МИФИ. Среди основных результатов, полученных нашей группой и опубликованных в 6 статьях, можно отметить первые обнаружения ряда возбужденных резонансов с тяжелыми кварками и новых распадов тяжелых адронов. В коллаборации высоко оценили эти работы, и один из их основных авторов, молодой кандидат физико-математических наук Сергей Поликарпов в 2020 году был выбран на важную и ответственную должность координатора исследований по физике тяжёлых кварков в коллаборации CMS. Координатор В-физической группы не только рецензирует предварительные результаты коллег, проводит регулярные рабочие совещания и планирует доклады на международных конференциях, он фактически является одним из тех, кто разрабатывает стратегию дальнейших исследований в рамках коллаборации по физике прелестных частиц.

Новое перспективное направление работ касается модернизации экспериментальных установок, связанной с планируемым увеличением светимости БАК. C 2018 года группа МИФИ является участником проекта BRIL CMS (Beam Radiation Instrumentation and Luminosity), важнейшими задачами которого являются измерение светимости ускорителя БАК и радиационной обстановки в экспериментальном зале (каверне) CMS. Светимость для коллайдера – это величина, пропорциональная количеству неупругих протон-протонных столкновений, происходящих при пересечении сгустков протонов, движущихся навстречу друг другу. Чем выше светимость, тем чаще будут рождаться частицы, для изучения которых построен БАК. Сотрудники нашей группы принимают участие в разработке прецизионного люминометра (прибора для измерения светимости), который планируется использовать после модернизации БАК в 2027 году, и новых детекторов нейтронов на основе кремниевых фотоумножителей. Сотрудники нашей группы также участвуют в подготовке совместного российско-немецкого Центра сборки модулей для нового торцевого калориметра CMS HGCAL, который будет установлен в детекторе CMS и предназначен для работы на БАК с повышенной светимостью после его модернизации к 2027 году.