三年改造后，大型强子对撞机再出发

三年改造后，大型强子对撞机再出发在大型强子对撞机2018-22年关闭期间，ALICE实验中的探测器进行了改造。对新物理学的追寻再度开启。世界上最强大的粉碎高能粒子机器，大型强子对撞机（LHC），在关闭三年多后重新启动。在日内瓦附近的欧洲核子研究中心CERN，质子束再次在其27公里的环路中呼啸而过。7月，物理学家们启动了实验，观察粒子束的对撞。在2009-13年和2015-18年的前两个阶段，LHC探索了现在已知的物理世界。所有这些工作——包括2012年希格斯玻色子的成功发现——再次确定了物理学家目前对塑造宇宙的粒子和力的最佳描述：标准模型。但是，科学家们筛选了以千兆计的高能对撞的碎片，还是没有找到任何令人惊讶的新粒子或其他完全未知的东西的证据。这一次可能会有所不同。迄今为止，LHC的建造成本为92亿美元，其中包括最新的升级：第三版包含更多的数据、更好的探测器和寻找新物理的创新方法。更重要的是，科学家们会从一个诱人的反常结果清单（比上次运行开始时更多）开始，其中藏着寻找标准模型之外粒子的方向。...来自：雷锋频道：@kejiqu群组：@kejiquchat投稿：@kejiqubot

希格斯玻色子揭开了新的秘密：大型强子对撞机检测到罕见的衰变现象

希格斯玻色子揭开了新的秘密：大型强子对撞机检测到罕见的衰变现象2012年在欧洲核子研究中心的大型强子对撞机（LHC）上发现希格斯玻色子，标志着粒子物理学的一个重要里程碑。从那时起，ATLAS和CMS合作机构一直在努力研究这一独特粒子的特性，并寻找确定其产生和衰变为其他粒子的不同方式。在上周举行的大型强子对撞机物理学（LHCP）会议上，ATLAS和CMS报告了他们如何联手找到希格斯玻色子衰变为Z玻色子（弱力的电中性载体）和光子（电磁力的载体）这一罕见过程的第一个证据。这种希格斯玻色子的衰变可以为超出粒子物理学标准模型预测的粒子的存在提供间接证据。希格斯玻色子衰变为Z玻色子和光子的过程与衰变为两个光子的过程相似。在这些过程中，希格斯玻色子并不直接衰变成这些粒子对。相反，这些衰变是通过"虚拟"粒子的中间"循环"进行的，这些粒子突然出现又突然消失，无法直接探测到。这些虚拟粒子可能包括新的、尚未发现的、与希格斯玻色子相互作用的粒子。来自ATLAS（左）和CMS（右）的希格斯玻色子衰变为Z玻色子和光子的候选事件，其中Z玻色子衰变为一对μ子。资料来源：欧洲核子研究中心标准模型预测，如果希格斯玻色子的质量约为1250亿电子伏特，大约0.15%的希格斯玻色子将衰变为Z玻色子和光子。但是一些扩展了标准模型的理论预测了一个不同的衰变率。因此，测量衰变率为标准模型之外的物理学和希格斯玻色子的性质提供了宝贵的见解。以前，利用来自LHC的质子-质子对撞的数据，ATLAS和CMS独立地对希格斯玻色子衰变为Z玻色子和光子进行了广泛的搜索。两次搜索都使用了类似的策略，通过Z玻色子衰变为成对的电子或μ介子--更重的电子--来确定Z玻色子。这些Z玻色子的衰变发生在大约6.6%的情况下。在这些搜索中，与这种希格斯玻色子衰变相关的碰撞事件（信号）将被识别为一个狭窄的峰值，在衰变产物的综合质量分布中，在一个平滑的事件背景上。为了提高对该衰变的敏感性，ATLAS和CMS利用希格斯玻色子产生的最常见模式，并根据这些生产过程的特点对事件进行分类。他们还使用先进的机器学习技术来进一步区分信号和背景事件。在一项新的研究中，ATLAS和CMS现在已经联合起来，最大限度地提高了他们的搜索结果。通过结合两个实验在LHC第二次运行期间（发生在2015年至2018年）收集的数据集，这两个合作机构大大提高了其搜索的统计精度和范围。这一合作努力带来了希格斯玻色子衰变为Z玻色子和光子的第一个证据。该结果的统计学意义为3.4个标准差，低于声称观察到的5个标准差的常规要求。测量的信号率比标准模型的预测值高出1.9个标准差。"每个粒子都与希格斯玻色子有特殊的关系，这使得搜索罕见的希格斯衰变成为一个高度优先事项，"ATLAS物理学协调员帕梅拉-法拉利说。"通过对ATLAS和CMS的单个结果的精心组合，我们朝着解开希格斯玻色子的又一个谜团迈出了一步。""新粒子的存在可能对罕见的希格斯衰变模式产生非常重大的影响，"CMS物理学协调员弗洛伦西亚-卡内利说。"这项研究是对标准模型的一个强有力的测试。随着正在进行的大型强子对撞机的第三次运行和未来的高亮度大型强子对撞机，我们将能够提高这一测试的精度，并探测更罕见的希格斯衰变。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1362157.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1362157.htm

设想中的C3冷铜对撞机有望重新定义粒子物理学的能效

设想中的C3冷铜对撞机有望重新定义粒子物理学的能效自从2012年发现希格斯玻色子以来，物理学家们一直希望建造新的粒子对撞机，以便更好地了解这种难以捉摸的粒子的特性，并在更高的能量尺度上探测基本粒子物理学。诀窍在于，这样做需要能量--大量的能量。一台典型的对撞机需要数百兆瓦（相当于数千万个现代灯泡）来运行。这还不算建造这些设备所需的能源，所有这些加起来就会产生一件事：大量的二氧化碳和其他温室气体。现在，来自美国能源部SLAC国家加速器实验室和斯坦福大学的研究人员已经想好了如何让一个方案：更加节能的冷铜对撞机（C3）。为了了解如何做到这一点，他们考虑了适用于任何加速器设计的三个关键方面：科学家们将如何操作对撞机、对撞机本身首先是如何建造的，甚至是对撞机的建造地点--这对项目的整体碳足迹有着重大的影响，即使是间接影响。拟建的冷铜对撞机光束隧道剖面图。资料来源：EmilioNanni/SLAC国家加速器实验室"在讨论大科学时，现在必须不仅考虑财务成本，还要考虑环境影响，"SLAC助理教授、新论文的共同作者之一CaterinaVernieri说，该论文发表在PRXEnergy上。该论文发表在《PRXEnergy》上。SLAC助理教授、另一位合著者EmilioNanni对此表示赞同。"作为科学家，我们都希望不仅通过我们的发现，而且通过我们的行动来激励公众和后代，"Nanni说。"这就要求我们既要考虑潜在的科学影响，也要考虑对我们社区的整体影响。让设施更具可持续性将有助于实现这两个目标。"对撞机设计变化与环境影响对于能够探测希格斯粒子及其他粒子的下一代加速器，有许多不同的建议，C3是其中之一，不过它们都遵循两种基本设计之一：线性加速器，如C3和拟议中的国际直线对撞机；同步加速器，或未来的环形加速器，如未来环形对撞机或环形电子正负电子对撞机。它们各有利弊。值得注意的是，同步加速器可以重复循环粒子束，这意味着它们可以在多个循环中收集数据。不过，它们也有局限性，因为质子和电子等带电粒子在路径弯曲成圆形时会损失能量，从而增加功耗。直线加速器不存在能量损失问题，因此可以获得更高的能量，为新的测量提供了可能，但它们只使用一次光束，要实现更高的数据传输率，它们需要使用高强度的光束。C3的目标是通过新的设计，包括在更多点向加速器输入更精确的定制电磁场以及新的低温冷却系统，来解决大多数直线加速器在长度与能量方面的限制。该项目还旨在使用更多可互换部件和可显著降低成本的建造方法，最终制造出一个成本相对较低的小型对撞机--短至约五英里--但仍能探索粒子物理学的极端前沿。让大物理更具可持续性尽管如此，拟议中的C3对撞机仍将耗费大量资源来建造和运行，因此其支持者从如何运行加速器本身入手，将大型物理项目的碳足迹纳入考虑范围，从而解决了人们日益关注的问题。一直以来，物理学家都不太关注如何运行加速器，至少在能源效率方面。然而，SLAC和斯坦福大学的研究小组发现，一些细微的变化，如改变粒子束的结构和改进产生驱动粒子束的电磁场的克利斯特伦的运行方式，都能带来不同的效果。这些改进加在一起，可以将C3的电力需求从大约150兆瓦减少到77兆瓦，或者说减少近一半。Vernieri说："如果能减少50%，我就心满意足了。"另一方面，研究小组发现，建筑本身可能是C3碳足迹的主要来源，尤其是在全球转向使用更多可再生能源的情况下。研究人员建议，使用不同的材料，如不同形式的混凝土，以及注意材料的制造和运输方式，可以帮助降低对全球变暖的影响。此外，C3的体积也比其他加速器方案小得多--只有8公里长，这将减少材料的总体使用量，并允许建筑商选择可以简化和加快施工的地点。研究人员还考虑了C3项目的选址问题，因为这可能会影响为对撞机提供动力的化石燃料与可再生能源的组合，或者可能会建造一个专门的太阳能发电场，与储能系统一起满足加速器的需求。未来对撞机的可持续性比较最后，SLAC-斯坦福团队研究了C3与其他未来对撞机方案的比较，以及线性对撞机和环形对撞机在进行类似测量时的比较。根据他们的分析以及对其他加速器进行的类似可持续发展研究，研究小组发现，建造可能是项目碳足迹的主要驱动因素，但能够实现类似物理目标的环形对撞机通常会在建造过程中产生较高的排放量。同样，较短的加速器，如C3和另一个提案--紧凑型直线对撞机，与较长的加速器相比，全球变暖的可能性较小。"对于研究物理项目的可持续性，这是一个全新的领域，但也是一个必要的领域。至少有一个全新的讨论提出了粒子物理学的碳足迹问题。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1395307.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1395307.htm

质子对撞中首次观察到光子变陶子

质子对撞中首次观察到光子变陶子据欧洲核子研究中心官网25日报道，该机构大型强子对撞机上的紧凑缪子线圈（CMS）国际合作组宣布，他们利用CMS轨迹探测器出色的追踪能力，首次在质子非接触对撞中，观察到两个光子相互作用产生两个陶子，然后分别衰变为缪子（μ）、电子或带电π介子和中微子的特殊过程过程。研究有助揭示陶子的产生过程及其重要物理性质，从而验证标准模型预测，并为探索新物理现象提供了新途径。

物理学家首次探测到由粒子对撞机制造的亚原子中微子

物理学家首次探测到由粒子对撞机制造的亚原子中微子这种粒子在1956年首次被发现，并在使恒星燃烧的过程中发挥了关键作用。这一发现有望帮助物理学家了解宇宙中最丰富的粒子的性质。这项工作还可以揭示出宇宙中微子的情况，这些中微子会长途跋涉并与地球发生碰撞，为了解宇宙的遥远部分提供了一个窗口。这是"前向搜索实验"（FASER）的最新成果，这是一个由国际物理学家小组设计和建造的粒子探测器，安装在瑞士日内瓦的欧洲核子研究理事会（CERN）。在那里，FASER检测由欧洲核子研究中心的大型强子对撞机产生的粒子。加州大学欧文分校粒子物理学家和FASER合作项目共同发言人乔纳森-冯（JonathanFeng）说："我们从一个全新的来源--粒子对撞机当中发现了中微子，在那里你有两束粒子以极高的能量砸在一起。"他发起了这个项目，UCI和21个合作机构的80多名研究人员参与其中。FASER粒子探测器位于欧洲核子研究中心大型强子对撞机的地下深处，大部分是用欧洲核子研究中心其他实验的备件建造的。信用：照片由欧洲核子研究中心提供欧洲核子研究中心的粒子物理学家布莱恩-彼得森周日代表FASER在意大利举行的第57届RencontresdeMoriond弱电相互作用和统一理论会议上宣布了这些结果。中微子是由已故UCI物理学家和诺贝尔奖得主FrederickReines在近70年前共同发现的，是宇宙中最丰富的粒子，"对建立粒子物理学的标准模型非常重要，"FASER联合发言人JamieBoyd说。"但是在对撞机上产生的中微子从未被实验所探测到。"自从Reines和UCI物理学和天文学教授HankSobel等人的开创性工作以来，物理学家研究的大多数中微子都是低能量的中微子。但是FASER检测到的中微子是在实验室中产生的最高能量的中微子，与深空粒子在我们的大气层中引发巨大的粒子雨时发现的中微子相似。Boyd说："它们能以我们无法了解的方式告诉我们关于深空的情况。大型强子对撞机中的这些非常高能量的中微子对于理解粒子天体物理学中真正令人兴奋的观察结果非常重要。"FASER本身在粒子探测实验中是新的和独特的。与欧洲核子研究中心的其他探测器相比，如ATLAS，它有几层楼高，重达数千吨，而FASER大约只有一吨，可以整齐地放在欧洲核子研究中心的一个小侧隧道内。而且，它只花了几年时间就利用其他实验的备件进行设计和建造。UCI实验物理学家戴夫-卡斯帕说："中微子是大型强子对撞机上更大的实验无法直接探测到的唯一已知粒子，所以FASER的成功观测意味着对撞机的全部物理学潜力终于被开发出来了。"除了中微子，FASER的另一个主要目标是帮助识别构成暗物质的粒子，物理学家认为暗物质包括宇宙中的大部分物质，但他们从未直接观察到。FASER尚未发现暗物质的迹象，但随着大型强子对撞机将在几个月后开始新一轮的粒子对撞，该探测器已经准备好记录任何出现的暗物质。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1350507.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1350507.htm

夸克-胶子等离子体研究取得突破 有助于了解早期宇宙物质的原始形式

夸克-胶子等离子体研究取得突破有助于了解早期宇宙物质的原始形式重现QGP存在时的极端条件的一个方法是通过相对论重离子碰撞。在这方面，像大型强子对撞机（LHC）和相对论重离子对撞机（RHIC）这样的粒子加速器设施已经通过与此类对撞有关的实验数据进一步加深了我们对QGP的理解。同时，理论物理学家采用多级相对论流体力学模型来解释这些数据，因为QGP的行为非常像一个完美的流体。然而，在低横向动量区域，这些模型和数据之间一直存在着严重的分歧，传统模型和混合模型都无法解释实验中观察到的粒子产量。在此背景下，由上智大学理论物理学家TetsufumiHirano教授领导的一个日本研究小组进行了一项调查，以解释相对论流体力学模型中缺失的粒子产量。在他们最近的工作中，他们提出了一个新的"动态核心-冠层初始化框架"来全面描述高能核碰撞。他们的研究结果发表在2022年11月18日的《物理评论C》杂志上，并涉及上智大学博士生YuukaKanakubo博士（目前所属单位：芬兰于韦斯屈莱大学的博士后研究员）和日本秋田国际大学助理教授YasukiTachibana的贡献。"为了找到能够解释理论建模和实验数据之间差异的机制，我们使用了动态核心-日冕初始化（DCCI2）框架，其中高能核碰撞期间产生的粒子用两个部分来描述：核心，或平衡的物质，以及日冕，或非平衡的物质，"平野教授解释。"这种情况使我们能够检查核心和日冕部分对低横向动量区域的强子生产的贡献。"与此同时，研究人员在PYTHIA（一种计算机模拟程序）上进行了能量为2.76TeV的重离子Pb-Pb碰撞模拟，以测试其DCCI2框架。QGP流体的动态初始化允许分离核心和日冕部分，它们分别通过"切换超表面"和"弦碎裂"来进行强子化。然后这些强子被置于共振衰变中，以获得横向动量（pT）光谱。"我们关闭了强子散射，只进行共振衰变，以看到总产量分解为核心和日冕部分，因为强子散射在反应的后期阶段将这两个部分混合起来，"Kanakubo博士解释说。研究人员随后调查了2.76TeV下带电离子、带电高子、质子和反质子碰撞的pT光谱中核心和日冕成分的比例。接下来，他们将这些光谱与实验数据（来自LHC的ALICE探测器，用于2.76TeV下的Pb-Pb对撞）进行了比较，以量化来自电晕成分的贡献。最后，他们研究了来自电晕成分的贡献对流动变量的影响。他们发现，对于0-5%和40-60%的中心性等级来说，在光谱区域的电晕贡献相对增加了约1GeV。虽然这对所有的强子都是如此，但他们发现在极低的pT（≈0GeV）区域，质子和反质子的光谱中几乎有50%的电晕对粒子产生的贡献。此外，与只比较具有强子散射的核心成分（忽略了电晕成分）相比，DCCI2的完整模拟结果显示与ALICE的实验数据有更好的一致性。发现电晕贡献负责稀释纯粹从核心贡献获得的四粒子累积量（一种流动观测），表明有电晕贡献的粒子的排列组合更多。平野教授强调说："这些发现意味着非平衡电晕成分对极低横向光谱区域的粒子产生有贡献。这解释了流体力学模型中缺失的产量，这些模型只从实验数据中提取平衡的核心成分。这清楚地表明，为了更精确地理解QGP的特性，也有必要提取非平衡成分。"虽然这些发现肯定有助于扩大我们对宇宙的认识，但它们随后在应用研究中的应用预计也会使我们未来的生活受益。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1346821.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1346821.htm