Rekordmätning av antalet protonkollisioner vid Large Hadron Collider vid CERN
2023-02-24
Uppsalaforskare har tillsammans med fysiker från bland annat KTH och Stockholms universitet genomfört den mest precisa mätningen av den så kallade luminositeten vid ATLAS-experimentet vid partikelacceleratorn Large Hadron Collider på CERN i Schweiz.
Large Hadron Collider, LHC, på CERN är världens största partikelaccelerator. Den accelererar protoner upp till nästan ljusets hastighet och dessa kollideras sedan vid extremt höga energier. Vid kollisionerna skapas nya partiklar och dessa detekteras med hjälp av stora detektorer, som till exempel ATLAS-detektorn. Därmed kan universums minsta beståndsdelar, elementarpartiklarna, och de krafter som dessa interagerar med kartläggas.
Ett flertal fysiker vid Uppsala universitet arbetar med att analysera data från ATLAS-detektorn tillsammans med runt 3 000 andra forskare, studenter och ingenjörer från hela världen. De senaste åren har forskarna mätt luminositeten, det vill säga det antal protonkollisioner som skapas och detekteras under en viss tidsperiod, på den datamängd som samlades in mellan 2015 och 2018 under den så kallade Run2.
– Luminositeten används bland annat för att räkna ut sannolikheten för att en elementarpartikel som studeras vid LHC ska skapas i en protonkollision. Dessa sannolikheter kallas för tvärsnitt och kan användas i jämförelser med andra experimentella resultat och teoretiska förutsägelser och är en av grundstenarna i partikelfysik, säger Giulia Ripellino, postdoktor vid institutionen för fysik på Uppsala universitet.
Forskarna har mätt luminositeten i ATLAS med ett flertal olika metoder och noggrant uppskattat alla systematiska fel som har kunnat påverka mätningarna. Bland annat har de studerat hur effektiv ATLAS är på att detektera protonkollisioner och hur inställningarna på acceleratorn påverkar luminositeten.
– ATLAS-samarbetet har levererat den mest precisa luminositetsmätningen någonsin vid en protonkolliderare, med en osäkerhet på endast 0.83%. Det kan jämföras med luminositetsmätningen som gjordes vid ATLAS för LHC Run1, som hade en osäkerhet på 1.9%, säger Giulia Ripellino.
Forskningen har varit en stor del av Giulia Ripellinos doktorsavhandling som genomfördes vid KTH. Metoderna som har utvecklats kommer vara till stor hjälp under den pågående LHC Run3 och kommer att bidra till att forskarna kan uppnå liknande precision i mätningar framöver. Detta kommer förhoppningsvis att kunna bidra till fler intressanta upptäckter inom partikelfysik i framtiden.
Artikelreferens
ATLAS Collaboration, Luminosity determination in pp collisions at s√=13 TeV using the ATLAS detector at the LHC. arXiv: https://doi.org/10.48550/arXiv.2212.09379 (20 dec 2022).
Läs mer
Giulia Ripellino tilldelas ATLAS utmärkelse för bästa doktorsavhandling
Partikelkollisioner med världsrekordenergier när Higgsbosonen fyller 10 år
Camilla Thulin