Большой адронный коллайдер был запущен в действие в 2008 г.  Спустя три года он занял лидирующие позиции в мире по энергии соударений пучков ускоренных протонов и ядер и интенсивности соударений, определяемой пиковой светимостью коллайдера. Летом 2012 г. на Международной конференции по физике высоких энергий ICHEP2012, проходившей в г. Мельбурн, Австралия, было объявлено о грандиозном и давно ожидаемом открытии новой скалярной частицы с массой 125 ГэВ. Анализ показал, что свойства новой частицы позволяют отождествить ее с бозоном Хиггса, единственного недостающего звена Стандартной модели. Итогом этого открытия послужило присуждении Нобелевской премии по физике за 2013г. двум теоретикам, указавших на возможность существования такой частицы Ф. Энглеру и П. Хиггсу.
     Стремительность осуществления этих событий опирается на длительный двадцатилетний период создания Большого адронного коллайдера и двух самых крупных его детекторов ATLAS и CMS, которые зарегистрировали новую частицу. Непосредственно её открытию предшествовал широкий спектр измерений и анализа регистрируемых данных, проведенный коллективами физиков, объединенных вокруг этих детекторов в виде коллабораций, сотрудничеств ATLAS и CMS. Эти коллаборации и объявили об открытии новой частицы, установили ее природу и продолжают исследовать её свойства.
      Исследования свойств бозона Хиггса  опираются на детальный анализ процессов в мире элементарных частиц в новой области кинематических переменных. Детектор ATLAS, коллаборация   ATLAS и совокупность полученных коллективом коллаборации результатов с помощью этого детектора можно объединить термином эксперимент ATLAS. Основные результаты, полученные по итогам первого сеанса работы  Большого адронного коллайдера в этом эксперименте, опубликованы в более, чем 250 статьях в научных журналах. Краткое описание основных результатов приведено в данной книге.
   Большой адронный коллайдер (Large Hadron Collider, LHC) расположен на территории Швейцарии и Франции и принадлежит Европейской лаборатории элементарных частиц ЦЕРН (CERN). В составе ЦЕРН присутствует 21 страна. Россия является ассоциированным членом ЦЕРН и внесла значительный вклад в создание Большого адронного коллайдера (БАК) и его детекторов. Российские физики активно участвуют в экспериментах БАК, в том числе и представители Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова.
   Основные результаты БАК получены на интегральной светимости протонных соударений, накопленной в 2011г. при энергии 7 ТэВ и в 2012 г. при энергии 8 ТэВ. Зависимости величин пиковой и интегральной светимости от времени приведена на рис.1.1 и 1.2. Интегральная светимость при 7 ТэВ составила 5 фб^-1 и при 8 ТэВ более 20 фб^-1.  Увеличение интегральной светимости в 2012 г. обусловлено значительным возрастанием пиковой светимости коллайдера, достигшей величины 7.7∙10³³см^-2с^-1.

Рис.1.1. Пиковая светимость БАК в зависимости от времени в 2010-1012 гг.

Рис.1.2. Интегральная накопленная светимость протонных соударений в зависимости от времени в течение 2011 и 2012 гг.

       В данной работе приведено краткое описание детектора ATLAS и инструментария, используемого при моделировании процессов взаимодействия ускоренных на коллайдере частиц. Более детальное описание детектора можно найти в [1,2].
      Измерения в новой области энергии требуют измерения всего многообразия процессов взаимодействий, происходящих на разных расстояниях и при разных переданных импульсах, определяющих степень неупругости взаимодействий. Измерения сечения взаимодействия протонов и  множественности частиц, образующихся в полной совокупности событий, ряда их характеристик представлены в разделе общих характеристик взаимодействий. Коллективные характеристики этой совокупности событий описаны в разделе корреляций. Сопутствующие события относятся к случаям взаимодействий с большой степенью неупругости, они сопровождают событие глубоконеупругого, или жесткого, рассеяния. Далее рассматриваются характеристики жестких процессов, начиная от процесса рождения тяжелых b и с кварков с массами 1.4 – 5 ГэВ, струй, образованных этими и более легкими кварками и глюонами, затем рождение векторных W и  Z бозонов с массами 80-90 ГэВ и наиболее тяжелых частиц - топ-кварков с массой 173 ГэВ. Измерения совокупности этих частиц позволили осуществить открытие новой скалярной частицы с массой 125 ГэВ.  Более глубоко в динамику фундаментальных взаимодействий позволяют проникнуть измерения ассоциированного рождения этих тяжелых частиц и струй и фотонов с большими поперечными импульсами. Эти же измерения позволяют осуществить поиск новых явлений за пределами Стандартной модели, к которым относятся поиск частиц, предсказываемых теорией суперсимметрии, темной материи и многих других экзотических объектов.  Приведены пределы на параметры таких частиц, установленные в эксперименте ATLAS на результатах первого сеанса работы БАК. Представлены результаты измерений характеристик соударений ядер свинца с ядрами и протонами. С обзором результатов экспериментов Большого адронного коллайдера за 2011 г. можно ознакомиться в [3].

Литература к разделу 1

1. The ATLAS Experiment at the CERN Large Hadron Collider, ATLAS Collaboration, JINST 3 (2008) S08003
2. Л.Н.Смирнова «Детектор ATLAS Большого адронного коллайдера», М.-Университетская книга, 2010.
3. Физические результаты Большого адронного коллайдера, Л.Н.Смирнова, Письма в ЭЧАЯ. 2014. Т.11, №1(185). С. 9-3