ЦЕРН-дегі үлкен электрон-позитрон коллайдері (LEP) – бөлшектерді үдететін ірі құрылғы. 27 км айналымды тоннельде 209 ГэВ энергиямен жұмыс істеді. (CERN, LEP, бөлшектер физикасы)
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
CERN, Швейцариядағы бөлшектерді жеделдетуші. Үлкен электрон-позитрон коллайдері (LEP) – құрылған ең ірі бөлшектерді жеделдетушілердің бірі. Ол Швейцарияның Женева қаласына жақын орналасқан ядролық және бөлшектер физикасы зерттеуінің көпұлттық орталығы CERN-де салынды. LEP электрондар мен позитрондарды 209 ГэВ энергиясымен соқтығыстырды. Бұл 27 километрлік шеңберлі коллайдер, 100 метрге жуық тереңдікте қазылған туннельде салынды және Швейцария мен Франция аумақтарынан өтеді. LEP 1989 жылдан 2000 жылға дейін пайдаланылды. 2001 жыл шамасында ол, LEP туннелін қайта пайдаланған Үлкен адрондық коллайдерге орын беру үшін демонтаждалды. Бүгінгі күнге дейін LEP – құрылған ең қуатты лептон үдеткіші болып табылады.
Particle accelerator at CERN, Switzerland
The Large Electron–Positron Collider (LEP) was one of the largest particle accelerators ever constructed. It was built at CERN, a multi national centre for research in nuclear and particle physics near Geneva, Switzerland. LEP collided electrons with positrons at energies that reached 209 GeV. It was a circular collider with a circumference of 27 kilometres built in a tunnel roughly 100 m (300 ft) underground and passing through Switzerland and France. LEP was used from 1989 until 2000. Around 2001 it was dismantled to make way for the Large Hadron Collider, which re used the LEP tunnel. To date, LEP is the most powerful accelerator of leptons ever built.
Бәсекелесуші фоны
LEP – бұл дөңгелек лептондарды сынастырғыш, құрылған ең қуатты мұндай құрылғы. Түсіндіру үшін, қазіргі заманғы сынастырғыштарды пішініне (дөңгелек немесе сызықтық) және үдетіп, соқтырысатын бөлшектер түріне (лептондар немесе адрондар) қарай жіктеуге болады. Лептондар – бұл нүктелік бөлшектер және салыстырмалы түрде жеңіл. Олар нүктелік болғандықтан, олардың соқтығысулары таза болады және нақты өлшемдерге ыңғайлы; алайда, олар жеңіл болғандықтан, соқтығысулар ауыр бөлшектермен қол жеткізілетін энергия деңгейіне жете алмайды. Адрондар – құрама бөлшектер (кварктардан тұрады) және салыстырмалы түрде ауыр; мысалы, протонның массасы электрондан 2000 есе артық. Олардың массасы жоғары болғандықтан, оларды әлдеқайда жоғары энергияға дейін үдетуге болады, бұл қазіргі таңда қабылданған теориялармен болжалмаған жаңа бөлшектерді немесе өзара әрекеттесулерді тікелей байқаудың кілті. Дегенмен, адрондық соқтығысулар өте күрделі (көптеген байланыссыз іздер болады, мысалы, және соқтығысудың энергиясын анықтау қиын), сондықтан оларды талдау қиын және нақты өлшемдерге қолайлы емес. Сынастырғыштың пішіні де маңызды. Жоғары энергиялық физикалық сынастырғыштар бөлшектерді шоғырларға жинап, содан кейін шоғырларды соқтырысады. Алайда, әрбір шоғырдың өте шағын бөлігі ғана соқтығысады. Дөңгелек сынастырғыштарда бұл шоғырлар қарама-қарсы бағытта дөңгелек жолмен қозғалады, сондықтан оларды қайта-қайта соқтырысуға болады. Бұл соқтығысу жиілігін арттырады және үлкен көлемде деректерді жинауға мүмкіндік береді, бұл нақты өлшемдер үшін немесе өте сирек ыдырауларды байқау үшін маңызды. Алайда, синхротрон сәулеленуінен туындайтын жоғалтуларға байланысты шоғырлардың энергиясы шектеулі. Сызықтық сынастырғыштарда бөлшектер тура сызықпен қозғалады, сондықтан синхротрон сәулеленуінен зардап көрмейді, бірақ шоғырларды қайта пайдалану мүмкін емес, сондықтан үлкен көлемде деректерді жинау қиын. LEP – дөңгелек лептондарды сынастырғыш ретінде, бұрын қол жеткізілмеген энергияда электромагниттік әлсіз өзара әрекеттесуді нақты өлшеуге өте қолайлы болды.
LEP was a circular lepton collider – the most powerful such ever built. For context, modern colliders can be generally categorized based on their shape (circular or linear) and on what types of particles they accelerate and collide (leptons or hadrons). Leptons are point particles and are relatively light. Because they are point particles, their collisions are clean and amenable to precise measurements; however, because they are light, the collisions cannot reach the same energy that can be achieved with heavier particles. Hadrons are composite particles (composed of quarks) and are relatively heavy; protons, for example, have a mass 2000 times greater than electrons. Because of their higher mass, they can be accelerated to much higher energies, which is the key to directly observing new particles or interactions that are not predicted by currently accepted theories. However, hadron collisions are very messy (there are often many unrelated tracks, for example, and it is not straightforward to determine the energy of the collisions), and therefore more challenging to analyze and less amenable to precision measurements. The shape of the collider is also important. High energy physics colliders collect particles into bunches, and then collide the bunches together. However, only a very tiny fraction of particles in each bunch actually collide. In circular colliders, these bunches travel around a roughly circular shape in opposite directions and therefore can be collided over and over. This enables a high rate of collisions and facilitates collection of a large amount of data, which is important for precision measurements or for observing very rare decays. However, the energy of the bunches is limited due to losses from synchrotron radiation. In linear colliders, particles move in a straight line and therefore do not suffer from synchrotron radiation, but bunches cannot be re used and it is therefore more challenging to collect large amounts of data. As a circular lepton collider, LEP was well suited for precision measurements of the electroweak interaction at energies that were not previously achievable.
Тарих
LEP құрылысы маңызды жоба болды. 1983–1988 жылдар аралығында ол Еуропадағы ең ірі азаматтық инженерлік жобасы еді. LEP коллайдері 1989 жылдың тамызында жұмыс іске қосылғанда, электрондар мен позитрондарды әрқайсысын 45 ГэВ-қа дейін үдетіп, 91 ГэВ массасы бар Z бозонын өндіруге мүмкіндік берді.
Construction of the LEP was significant undertaking. Between 1983–1988, it was the largest civil engineering project in Europe. When the LEP collider started operation in August 1989 it accelerated the electrons and positrons to a total energy of 45 GeV each to enable production of the Z boson, which has a mass of 91 GeV.
DELPHI
DELPHI – бұл лептондарды, фотондарды және адрондарды анықтауға арналған детектор.
DELPHI stands for DEtector with Lepton, Photon and Hadron Identification.
ОПАЛ
OPAL – LEP үшін көп мақсатты құрал. Эксперимент атауы сөз ойыны болды, себебі жобаны алғаш ұсынған ғылыми ынтымақтастықтың негізін қалаушыларының бір бөлігі бұрын Гамбургтегі DESY-дегі JADE детекторында жұмыс істеген. OPAL – кең ауқымды деректерді жинауға арналған көп мақсатты детектор болды. Оның деректері Z бозонының сызық пішінін жоғары дәлдікпен өлшеу, Стандартты модельді жан-жақты тексеру және жаңа физиканың шектерін анықтау үшін қолданылды. 2000 жылы детектор LHC жабдықтарына орын ашу үшін демонтаждалды. OPAL электромагниттік калориметрінің қорғасын шыны блоктары қазір ЦЕРН-дегі NA62 экспериментіндегі үлкен бұрышты фотон вето детекторында қайта қолданылуда.
OPAL stands for Omni Purpose Apparatus for LEP. The name of the experiment was a play on words, as some of the founding members of the scientific collaboration which first proposed the design had previously worked on the JADE detector at DESY in Hamburg. OPAL was a general purpose detector designed to collect a broad range of data. Its data were used to make high precision measurements of the Z boson lineshape, perform detailed tests of the Standard Model, and place limits on new physics. The detector was dismantled in 2000 to make way for LHC equipment. The lead glass blocks from the OPAL barrel electromagnetic calorimeter are currently being re used in the large angle photon veto detectors at the NA62 experiment at CERN.
L3
L3 тағы бір LEP эксперименті болды. Оның үлкен сегізбұрышты магнит қайтарғыш бөлігі үңгірде қалды және LHC үшін ALICE детекторының құрамына кірді.
L3 was another LEP experiment. Its enormous octagonal magnet return yoke remained in place in the cavern and became part of the ALICE detector for the LHC.
Нәтижелер
LEP эксперименттерінің нәтижелері Стандартты модельдің көптеген шамаларының дәл мәндерін – ең маңыздысы Z бозоны мен W бозонының массасын (олар 1983 жылы CERN-нің алдыңғы коллайдерінде, Протон-антипротон коллайдерінде табылды) анықтауға мүмкіндік берді, осылайша модельді растап, оны эмпирикалық деректердің сенімді негізіне қойды.
The results of the LEP experiments allowed precise values of many quantities of the Standard Model—most importantly the mass of the Z boson and the W boson (which were discovered in 1983 at an earlier CERN collider, the Proton Antiproton Collider) to be obtained—and so confirm the Model and put it on a solid basis of empirical data.
Хиггс бозоны
Жоспарланған жұмыс уақытының соңына қарай, алынған деректер 115 ГеВ шамасындағы массасы бар Хиггс бөлшегінің байқалғанына қатысты қызықты, бірақ толық емес белгілерді көрсетті, бұл қазіргі жоғары энергиялық физиканың ізделінетін қасиетті нысаны еді. Жұмыс уақыты бірнеше айға ұзартылды, бірақ нәтиже болмады. Сигналдың күші 1,7 стандартты ауытқу деңгейінде қалды, бұл 91% сенімділік деңгейіне сәйкес келеді, бұл бөлшек физиктерінің жаңалық ашу үшін күтетін деңгейден әлдеқайда төмен, сонымен қатар жиналған LEP деректерімен жүргізілген эксперименттердің анықтау шегінің ең жоғарғы нүктесінде болды. LEP жұмысын растау мақсатымен тағы бір жылға ұзарту туралы ұсыныс жасалды, бұл LHC-тің басталуын кешіктіруі мүмкін еді. Дегенмен, LEP-ті жабу және LHC-ті жоспарланғандай іске қосу туралы шешім қабылданды. Бірнеше жыл бойы бұл байқау Хиггс бозонының жалғыз белгісі болды; 2010 жылға дейін Теватрон эксперименттері бұл белгілерді растауға немесе жоққа шығаруға жеткілікті сезімталдық танытпады. Алайда, 2012 жылдың шілдесінен бастап LHC-дегі ATLAS және CMS эксперименттері 125 ГеВ шамасындағы Хиггс бөлшегінің бар екенін көрсетті және 115 ГеВ аймағын сенімді түрде жоққа шығарды.
Near the end of the scheduled run time, data suggested tantalizing but inconclusive hints that the Higgs particle of a mass around 115 GeV might have been observed, a sort of Holy Grail of current high energy physics. The run time was extended for a few months, to no avail. The strength of the signal remained at 1.7 standard deviations which translates to the 91% confidence level, much less than the confidence expected by particle physicists to claim a discovery, and was at the extreme upper edge of the detection range of the experiments with the collected LEP data. There was a proposal to extend the LEP operation by another year in order to seek confirmation, which would have delayed the start of the LHC. However, the decision was made to shut down LEP and progress with the LHC as planned. For years, this observation was the only hint of a Higgs Boson; subsequent experiments until 2010 at the Tevatron had not been sensitive enough to confirm or refute these hints. Beginning in July 2012, however, the ATLAS and CMS experiments at LHC presented evidence of a Higgs particle around 125 GeV, and strongly excluded the 115 GeV region.