Caros Leitores;
O detector ATLAS durante o trabalho de atualização para o Run 3 do LHC. (Imagem: CERN)
O conhecimento preciso da luminosidade é crucial tanto para buscas de novos fenômenos quanto para medições precisas de processos conhecidos do Modelo Padrão.
Quando o Grande Colisor de Hádrons ( LHC ) está operando, ele produz mais de um bilhão de interações próton-próton a cada segundo. Mas exatamente quantos ocorrem nos experimentos do LHC? Crítica para cada análise de dados do LHC é uma medição de alta precisão do que é conhecido como luminosidade, ou seja, o número total de interações próton-próton em um determinado conjunto de dados. Ele permite que os físicos avaliem a probabilidade de ocorrência de eventos interessantes de colisão próton-próton, bem como prevejam as taxas de processos de fundo de aparência semelhante. Isolar tais eventos dos processos em segundo plano é crucial tanto para buscas de novos fenômenos quanto para medições de precisão de processos conhecidos do Modelo Padrão .
A colaboração ATLAS lançou recentemente sua medição de luminosidade mais precisa até o momento. Eles estudaram os dados obtidos ao longo de quatro anos (2015–2018), cobrindo toda a execução 2 do LHC, para avaliar a quantidade total de luminosidade fornecida ao experimento ATLAS naquele conjunto de dados.
O que exatamente essa medição implica? Quando os feixes de prótons circulam no LHC, eles são arranjados em “montes”, cada um contendo mais de 100 bilhões de prótons. À medida que dois feixes circulando em direções opostas se cruzam, alguns dos prótons interagem. Determinar quantas interações existem em cada cruzamento de grupo fornece uma medida da luminosidade. Seu valor depende do número de prótons por feixe, de quão apertados estão os prótons e do ângulo em que os feixes se cruzam. A luminosidade também depende do número de feixes de prótons em colisão em cada feixe.
ATLAS tem vários detectores que são sensíveis ao número de partículas produzidas em interações próton-próton, e o número médio de partículas medidas é muitas vezes proporcional ao número médio de interações próton-próton por cruzamento de grupo. Os pesquisadores podem, portanto, usar essa média para monitorar a luminosidade “instantânea” em tempo real durante os períodos de coleta de dados e medir a luminosidade cumulativa (“integrada”) em períodos de tempo mais longos.
Enquanto os detectores sensíveis à luminosidade do ATLAS forneciam medições relativas da luminosidade durante a coleta de dados, a medição da luminosidade absoluta exigia uma configuração especial do feixe do LHC que permite que os sinais do detector sejam calibrados. Uma vez por ano, os feixes de prótons do LHC são deslocados de sua posição normal para registrar a contagem de partículas nos detectores de luminosidade. Esse método é chamado de varredura de separação de feixe de van der Meer, em homenagem ao vencedor do Prêmio Nobel de física Simon van der Meer, que desenvolveu a ideia na década de 1960 para aplicação nos anéis de armazenamento de interseção do CERN . Ele permite que os pesquisadores estimem o tamanho do feixe e meçam a densidade dos prótons nos cachos. Com essas informações em mãos, eles podem calibrar os sinais do detector.
Trabalhando em estreita colaboração com os pesquisadores do ATLAS, os especialistas do LHC realizaram varreduras de van der Meer em condições de baixa luminosidade, com uma média de cerca de 0,5 interações próton-próton por cruzamento de grupos e intervalos muito longos entre os grupos. Para comparação, o LHC normalmente opera com 20 a 50 interações por cruzamento de grupos e com grupos mais próximos em uma estrutura de “trem”. Os pesquisadores, portanto, precisam extrapolar os resultados das varreduras de van der Meer para o regime normal de coleta de dados usando as medições dos detectores sensíveis à luminosidade.
Usando essa abordagem, e após uma avaliação cuidadosa dos efeitos sistemáticos que podem influenciar uma medição de luminosidade, os físicos do ATLAS determinaram a luminosidade integrada do conjunto de dados completo da Corrida 2 que havia sido registrado pelo ATLAS e certificado como bom para análise física, como sendo 140,1 ± 1,2 fb -1 . Para comparação, 1 femtobarn inverso (fb –1 ) corresponde a cerca de 100 trilhões de colisões próton-próton. Com sua incerteza de 0,83%, o resultado representa a medição de luminosidade mais precisa em um colisor de hádrons até hoje. Ele melhora as medições anteriores do ATLAS por um fator de 2 e é comparável aos resultados obtidos nos experimentos ISR (0,9%).
Leia mais no site do ATLAS .
Para saber mias, acesse o link abaixo>
Fonte: CERN / Por colaboração ATLAS / Publicado 23-01-2023
https://home.cern/news/news/physics/atlas-delivers-most-precise-luminosity-measurement-lhc
Web Science Academy; Hélio R.M.Cabral (Economista, Escritor e Divulgador de conteúdos da Astronomia, Astrofísica, Astrobiologia e Climatologia).Participou do curso (EAD) de Astrofísica, concluído em 2020, pela Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC).
Autor do livro: “Conhecendo o Sol e outras Estrelas” e "Conhecendo a Energia produzida no Sol".
Acompanha e divulga os conteúdos científicos da NASA (National Aeronautics and Space Administration), ESA (European Space Agency) e outras organizações científicas e tecnológicas.
Participa do projeto S`Cool Ground Observation (Observações de Nuvens) que é integrado ao Projeto CERES (Clouds and Earth´s Radiant Energy System) administrado pela NASA. A partir de 2019, tornou-se membro da Sociedade Astronômica Brasileira (SAB), como astrônomo amador.
Participa também do projeto The Globe Program / NASA Globe Cloud, um Programa de Ciência e Educação Worldwide, que também tem o objetivo de monitorar o Clima em toda a Terra. Este projeto é patrocinado pela NASA e National Science Fundation (NSF), e apoiado pela National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) e U.S Department of State.
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