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.

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.

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.

DELPHI

DELPHI – бұл лептондарды, фотондарды және адрондарды анықтауға арналған детектор.

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.

L3

L3 тағы бір LEP эксперименті болды. Оның үлкен сегізбұрышты магнит қайтарғыш бөлігі үңгірде қалды және LHC үшін ALICE детекторының құрамына кірді.

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.

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.