Например, только 15 процентов массы всей Вселенной можно отнести к нормальной видимой материи, остальное — темная материя, о которой очень мало известно. Столь же окутанная тайна — это темная энергия, которая заставляет Вселенную расширяться и отталкивать небесные тела друг от друга.«Поскольку эти и многие другие вопросы все еще остаются без ответа, мы должны попытаться взять их и понять явления, которые не имеют объяснения в современной физике», — говорит Пекканен.
Один из способов сделать это — заставить протоны — ядра атомов водорода — сталкиваться с чрезвычайно высокими скоростями и энергиями и изучать, что происходит в результате аварий. Пекканен и его коллеги сосредоточились на всплесках частиц, называемых «струями», которые рождаются при столкновении протонов.
Эти события могут содержать слабые признаки появления совершенно новых частиц.Вскрытие миллионов взрывов частицИзучение струй на уровне частиц стало зарождающейся областью физики, которую Пекканен и его коллеги в эксперименте CERN с компактным мюонным соленоидом (CMS) назвали «партиологией струи».
Они записывают столкновения на Большом адронном коллайдере ЦЕРНа и измеряют их последствия. Практически каждое столкновение производит струи или всплески десятков частиц, состоящих из кварков и глюонов.
Исследователи подсчитывают общую энергию струй и измеряют, как их энергия переносится различными типами частиц.«Мы пытаемся получить как можно более подробное представление о струях с помощью миллионов датчиков в нашем 20-метровом детекторе на 15 тысяч тонн. Чем точнее мы получим наши измерения, тем легче станет обнаруживать новые частицы », — говорит Пекканен.Тысячи сигналов, которые улавливают миллионы датчиков, должны быть отсортированы с помощью сложных алгоритмов.
Воспроизведение событий с помощью компьютерного моделирования позволяет точно настроить датчики.По словам Пекканена, струи могут также сыграть ключевую роль в обнаружении новых массивных частиц. Он сосредоточился на событиях, когда при столкновении частиц образуются две струи, которые лопаются в противоположных направлениях.
«Эти события могут быть точкой, в которой неизвестная частица сначала рождается, а затем мгновенно распадается на другие частицы. Мы анализируем миллиарды этих столкновений и смотрим, обнаруживаем ли мы какие-либо аномалии, которые могут быть признаком революционно новой частицы», — объясняет Пекканен.
В исследовании используется самый высокий уровень энергии, когда-либо достигнутый на Большом адронном коллайдере: 13 тераэлектронвольт. Для одного протона это довольно много, примерно как кинетическая энергия летящего комара.
Подсчитайте все энергии протонов вместе: достаточно, чтобы запустить гигантский реактивный самолет.Эксперименты продолжатся: к концу 2022 года физики рассчитывают собрать в десять раз больше данных.
«Пока мы не нашли следующую новую массивную частицу. Это означает, что существует необходимость в разработке следующего поколения адронных коллайдеров и детекторов для достижения еще более высоких энергий — и, надеюсь, долгожданной новой физики».Юска Пекканен успешно защитил докторскую диссертацию Jet Particology Поиск новых массивных частиц для факультета прикладной физики Университета Аалто 5 декабря 2017 г.