Проект «Зеркальные лаборатории: подготовка эксперимента на электрон-позитронных коллайдерах нового поколения»

Эксперимент на Супер Чарм-тау фабрике, электрон-позитронном коллайдере сверхвысокой светимости, предназначен для проверки с рекордной точностью предсказаний Стандартной модели, а именно: измерения характеристик распадов эффектов нарушения в них дискретных симметрий, а также сечений рождения адронов с очарованным кварком и тау-лептонов. Стандартная модель (СМ) – теория фундаментальных взаимодействий и частиц материи – была построена более 50 лет назад и основывается на фундаментальных принципах, таких как калибровочная и Лоренц инвариантность. Она с уникальной точностью описывает физические процессы, обусловленные сильными, слабыми и электромагнитными взаимодействиями. Хотя до сих пор предсказания СМ точно согласуются с результатами всех экспериментов, когда-либо проводившихся для ее проверки, неполнота СМ, ее ненатуральность и внутренние противоречия предполагают существование более фундаментальной теории. Последняя должна включать СМ как низкоэнергетическое приближение, но должна приводить к некоторым отклонениям от ожиданий СМ, которые когда-нибудь будут обнаружены в ходе экспериментов в будущем. Такие новые явления, выходящие за рамки СМ, вместе называются Новой физикой (НФ). Ожидание скорого обнаружения НФ служит мотивацией для проведения новых прецизионных экспериментов с целью ее поиска и проверки моделей, расширяющих СМ. Прецизионные эксперименты на СЧТФ и Belle II направлены на поиск НФ за пределами СМ. 

Современная международная программа исследований в области физики элементарных частиц предполагает проведение различных ускорительных экспериментов для всесторонней проверки теоретических предположений. Одно из направлений поиска НФ – прецизионные измерения интерференционных процессов, таких как СР-нарушение в кварковом и лептонном секторах, а также процессов, связанных с редкими или запрещенными в рамках СМ распадами. Такие измерения, требующие высокой чувствительности к эффектам НФ, можно осуществить на электрон-позитронных коллайдерах нового поколения, где предполагается на порядок превзойти светимость существующих ускорителей. Разработка физической программы и детекторных систем для этих экспериментов позволят перейти на новый уровень исследований в физике элементарных частиц.

Научные:

1. Создание детальной научно обоснованной физической программы эксперимента на будущей Супер чарм-тау фабрике для представления проекта для одобрения Правительствами стран, финансирующими Проект (Россия, Китай) и для оптимизации под конкретные задачи Проекта ускорителя и детектора;
2. Создание программного обеспечения для полномасштабного моделирования детектора для оценки достижимой точности измерения и оптимизации детектора;
3. Разработка технологии идентификации заряженных частиц, основанной на детектирования колец черенковского света в фокусирующем аэрогелевом детекторе (FARICH) для эксперимента на Супер чарм-тау фабрике;
4. Анализ данных эксперимента Belle II в области исследования очарованных адронов и тау-лептонов для актуализации задач на СЧТФ;

Образовательные: 

1. Вовлечение в проектную научную деятельность студентов и аспирантов НИУ ВШЭ и НГУ, НГТУ;
2. Проведение научных школ и молодежных конференций для студентов, аспирантов и молодых ученых по тематике Проекта;

Прикладные: 

1. Развитие производства российского аэрогеля, поддержка отечественного производителя высокотехнологичных материалов: Институт катализа СО РАН; 
2. Развитие технологии регистрации света (единичных фотонов) кремниевыми фотодетекторами;

Развитие НИУ ВШЭ и Партнера:

1. Участие в международном эксперименте Belle II (Япония), вступление в коллаборацию по созданию эксперимента на Супер тау-чарм фабрике (Китай). 

1. Проработка физической программы эксперимента: теоретическое и феноменологическое описание процесса рождения квантово- коррелированных пар D-мезонов и разработка методики анализа пар для вычисления комплексных амплитуд распада D-мезонов;
2. Моделирование детектора: создание пакета программ симуляции детектора на основе существующих общедоступных программ в физике элементарных частиц (GEANT4, DD4hep, EvtGen и др.); создание пакета программ реконструкции событий в детекторе. 
3. Разработка прототипа детектора FARICH (идентификации заряженных частиц, основанной на детектирования колец черенковского света в фокусирующем аэрогелевом детекторе) для эксперимента на Супер чарм-тау фабрике; 
4. Изучение полулептонных распадов очарованных барионов с полным восстановлением всего события в e+e- аннигиляции в эксперимента Belle II.