Więcej o Warszawskiej grupie CMS na http://cms.fuw.edu.pl/
kontakt: Marcin Konecki, email: marcin.konecki@fuw.edu.pl
Compact Muon Solenoid (CMS) jest eksperymentem ogólnego przeznaczenia przy akceleratorze Large Hadron Collider (LHC) w CERN-ie. Sztandarowym celem eksperymentu jest wyjaśnienie łamania symetrii elektrosłabej, które w ramach obowiązującej teorii cząstek elementarnych – Modelu Standardowego – realizowane ma być poprzez mechanizm Higgsa. Poszukiwania zaowocowały odkryciem przez CMS, wspólnie z eksperymentem ATLAS, postulowanej przez ten mechanizm cząstki Higgsa, w roku 2012 (Nobel 2013). Obecnie badamy własności tej cząstki. Prowadzone są także precyzyjne testy Modelu Standardowego, w tym badania przewidywanych rzadkich zjawisk, w celu dokładnego określenia własności teorii, ale też znalezienia ewentualnych rozbieżności. Poszukujemy też zjawisk nie przewidywanych przez Model Standardowy, czyli tzw. Nowej Fizyki. Poza analizą wysokoenergetycznych zderzeń proton-proton CMS bada także oddziaływania proton-jon i jon-jon.
Szerokie spektrum zainteresowań eksperymentu CMS realizowane jest dzięki uniwersalnemu detektorowi (rysunek). Elementem wyróżniającym detektor CMS jest duży solenoid wytwarzający pole magnetyczne o indukcji 3.8T. Otacza on znajdujący się tuż przy miejscu zderzenia wiązek krzemowy detektor śladowy (ang. tracker) służący do precyzyjnego pomiaru torów cząstek naladowanych oraz przeznaczone do pomiaru energii kalorymetry electromagnetyczny (ECAL) i hadronowy (HCAL). Na zewnątrz solenoidu mieści się jarzmo magnesu, w którym umieszczono komory mionowe przeznaczone do identyfikacji mionów. Obszar tzw. beczki, czyli zbudowanej wokół solenoidu części centralnej detektora, uzupełniany jest przez tzw. pokrywy zapewniające jego hermetyczność.
Wśród ponad 200 instytutów z ponad 50 krajów w eksperymencie bierze około 20 naukowców z Polski, z Warszawy – Uniwersytetu Warszawskiego, Narodowego Centrum Badań Jądrowych, Politechniki Warszawskiej, i z Krakowa – Akademii Górniczo-Hutniczej.
Warszawska Grupa CMS jest jedną z grup założycielskich CMS w roku 1992. Specjalizujemy się w układach szybkiego wyzwalania (trygera) na miony. Celem trygera jest selekcja najbardziej interesujących zdarzeń zachodzących w LHC. Tryger mionowy działa w oparciu o sygnały (depozyty energetyczne) powstałe, dzięki zjawisku jonizacji, w miejscu przejścia mionu przez komory mionowe, które są detektorami gazowymi. Ponieważ miony są cząstkami naładowanymi, pole magnetyczne zakrzywia tor mionu i w rezultacie kształt jego toru przypomina literę ”S” i jest zależny od pędu mionu. Poszukiwane są miony o wysokiej energii, mogące być sygnaturą szczególnie interesujących zdarzeń. Badanie kinematyki mionu jest utrudnione przez stochastyczną naturę procesów fizycznych – rozpraszania wielokrotnego i strat energii.
Do pierwszego okresu działania LHC (ang. Run-1, 2010-2013) zbudowaliśmy tryger mionowy PACT, (ang. PAttern Comparator Trigger). Zasada działania PACT opierała się na porównaniu, w zbudowanej przez nas elektronice, zarejestrowanego układu trafień w komorach mionowych RPC z dużym zestawem przygotowanych prostych wzorców – dzięki czemu mogliśmy wybrać najciekawsze, wysokonenergetyczne miony. Wnieśliśmy też istotny wkład do projektu komór RPC, a także utworzyliśmy układ ich odczytu.
Następnie zbudowaliśmy (do Run-2, 2015-2018) tryger OMTF, (ang. Overlap Muon Track Finder; zdjęcie układu obok), działający w szczególnie trudnym rejonie detektora – na połączeniu części centralnej i pokryw. Układ analizuje trafienia ze wszystkich dostępnych tu detektorów mionowych. Zależne od kinematyki mionu rozkłady trafień są zakodowane w niewielkiej liczbie złożonych wzorców. Wzorzec najlepiej pasujący do zarejestrowanych trafień umożliwia określenie jego pędu i w konsekwencji pozwala na selekcję przypadku.
Obecnie przygotowujemy OMTF do kolejnego działania (Run-3) i pracujemy nad trygerem do fazy drugiej LHC — przy znacznie zwiększonej świetlności, która pozwoli na dalsze testy bozonu Higgsa i otwiera drogę do odkryć.
Jako Grupa Warszawska uczestniczymy też w analizach fizycznych.
Badamy cząstkę Higgsa w kanale rozpadu na dwa taony, z których jeden rozpada się leptonowo na mion i neutrina, drugi zaś daje wąski dżet hadronowy i neutrino. Ze względu na duże tło i neutrina ten ważny proces jest bardzo trudny eksperymentalnie.
Poszukujemy też naładowanych długożyciowych ciężkich cząstek, przewidywanych przez niektóre modele supersymetryczne. Cząstki te mogłyby penetrować detektor podobnie jak miony, jednak ze względu na dużą masę, rozkład czasowy trafień jest inny. Inne nasze badania dotyczą poszukiwania sygnałów nowej fizyki w oddziaływaniach bozonów pośredniczących, badań ciężkich jonów i zjawisk pod dużymi pseudopospiesznościami. Wnieśliśmy także wkład do ogólnego oprogramowania CMS oraz metod rekonstrukcji.
Grupy z Krakowa, z dwóch różnych wydziałów AGH, wstąpiły do eksperymentu CMS w roku 2018. Obszarem badań fizycznych części naukowców jest tzw. fizyka do przodu, gdzie bada się przypadki w których produkty zderzeń poruszają się blisko wiązki. Specjalizujemy się w rozwoju narzędzi komputerowych bezpośrednio wspierajacych analizy fizyczne i programowanie rozproszone. Druga część grupy zorientowana jest na rozwój układów scalonych stosowanych w fizyce cząstek. W ramach rozwoju technologii do modernizacji detektora CMS wnieśliśmy istotny wkład do układu odczytu komor GEM oraz konwerterów niskiej mocy używanych w transmisji danych kalorymetru hadronowego.