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Tevatron 的终局

费米实验室的 Tevatron 恢复其最后一次运行,实现了创纪录的质子-反质子碰撞。探索其对粒子物理学的影响。

作者:John Conway
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上周,费米实验室的Tevatron以及两个实验CDFD0,在进行了为期 11 周的停机后,开始了它们可能也是这台运行了 20 多年的对撞机的最后一次运行,整个过程并没有引起太多关注。在过去的一年里,该机器定期打破亮度(基本上是每秒碰撞次数)的记录,并为实验提供了超过 2 fb^-1(平方飞 tersebut)的质子-反质子碰撞,其质心能量为 1.96 TeV,至今仍是世界最高。启动非常顺利,Tevatron 上周为实验提供了大量可靠的数据。

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这个有趣的单位,平方飞 tersebut,允许我们计算出预期某种类型碰撞事件的数量。以顶夸克对产生为例。对于在 Tevatron 能量下碰撞的质子和反质子,我们可以计算(或测量)所谓的产生截面。这个截面实际上是以面积表示的,一个非常小的面积,因为质子和反质子非常小。“1 宾”(barn)等于 10^-28 m^2,顶夸克对产生的截面约为 7 x 10^-12 宾(barns),即 7 pb。通过将截面乘以积分亮度,我们可以得到产生的顶夸克对事件的数量。要得到我们在探测器中实际观察到的数量,我们需要考虑重建它们的效率。这里的图表显示了 Tevatron 的 Run 2 的历史。在 2001 年进行了五年的停机升级整个复杂系统后,对撞机在 2001 年非常缓慢地启动,之后年复一年地创下了亮度新纪录,并几乎提供了 7 fb^-1 的数据。预计这次最后的运行将持续两年,直到 2011 年底,届时我们希望能再记录 5 fb^-1 的数据,几乎翻倍目前的样本量。去年本应是CERN 的 LHC的一年。但一年前的磁体淬灭事件导致维修和改造推迟了一年多。预计 LHC 将于今年 11 月恢复调试,可能在年底前与质子进行对撞,尽管能量较低。当它在明年初以更高能量上线时,预计 LHC 在 10 TeV 的碰撞能量下提供的能量不会超过大约 0.2 fb^-1,是 Tevatron 的五倍。即使有如此小的样本量,LHC 也可能获得 Tevatron 无法企及的重大发现,仅仅因为 LHC 的能量要大得多。媒体喜欢这种比赛,并将其描绘成一场争夺媒体最常听到的粒子——希格斯玻色子的竞赛。有了 12 fb^-1 的数据,即使结合所有搜索模式和通道,并结合两个实验的数据,标准模型的希格斯玻色子也可能在三西格玛水平上被看到,但几乎肯定不会达到五西格玛水平,这是该领域的黄金标准。LHC 也无法在初始样本量中看到标准模型的希格斯玻色子。可能需要一到两年的高亮度运行,可能从 2012 年开始,才能实现这一目标。在我看来,如果存在竞赛,那就是对未知的竞赛。我担心的是,我确实因此而辗转反侧,那就是我们是否以正确的方式查看 Tevatron 数据。人们一直在 Tevatron 上寻找许多不同的新物理信号,但没有明确观测到任何超出标准模型的东西。要用剩余的 Tevatron 数据获得五西格玛的发现,就必须是数据中已经存在大约三西格玛的过量。但是我们是否查看了所有内容?尽管如此,一群敬业、才华横溢、渴望新物理学的物理学家将继续操作探测器并分析即将到来的数据,我本人也在其中。和许多人一样,我两边押注:当 LHC 数据到来时,我们也会分析它们。

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