Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
CERN-дегі бөлшектер физикасы эксперименті. Жер астындағы 2 (UA2) эксперименті – Протон-Антипротон коллайдерінде (SpS) – Супер Протон синхротронының (SPS) модификациясында – жоғары энергиялы физика эксперименті болды. Эксперимент 1981 жылдан 1990 жылға дейін жүргізілді, оның басты мақсаты W және Z бозондарын ашу еді. UA2, UA1 экспериментімен бірге, 1983 жылы осы бөлшектерді ашуға қол жеткізді, нәтижесінде 1984 жылы физика саласындағы Нобель сыйлығы Карло Руббиа мен Саймон ван дер Мирге берілді. UA2 эксперименті 1981 жылы адрондық соқтығыстардағы джеттердің пайда болуына алғашқы дәлелдерді байқады және топ кваркын және суперсимметриялық бөлшектерді іздеуге қатысты. Пьер Дарриулат 1981 жылдан 1986 жылға дейін UA2 өкілі болды, ал одан кейін Луиджи Ди Лелла 1986 жылдан 1990 жылға дейін өкілдік етті.
Particle physics experiment at CERNThe Underground Area 2 (UA2) experiment was a high energy physics experiment at the Proton Antiproton Collider (SpS) — a modification of the Super Proton Synchrotron (SPS) — at CERN. The experiment ran from 1981 until 1990, and its main objective was to discover the W and Z bosons. UA2, together with the UA1 experiment, succeeded in discovering these particles in 1983, leading to the 1984 Nobel Prize in Physics being awarded to Carlo Rubbia and Simon van der Meer. The UA2 experiment also observed the first evidence for jet production in hadron collisions in 1981, and was involved in the searches of the top quark and of supersymmetric particles. Pierre Darriulat was the spokesperson of UA2 from 1981 to 1986, followed by Luigi Di Lella from 1986 to 1990.
Өмірбаян
1968 жылы Шелдон Глашшоу, Стивен Вайнберг және Абдус Салам электромагниттік күш пен әлсіз өзара әрекеттесуді біріктіретін электроәлсіз теорияны жасады, және осы үшін олар 1979 жылы физика саласындағы Нобель сыйлығын бөлісті. Теория W және Z бозондарының бар екенін болжады, ал ғылыми қауымдастыққа осы бөлшектердің экспериментальды түрде бар екенін дәлелдеу үшін үлкен қысым көрсетілді. 1970-ші жылдары W және Z бозондарының массалары 60-80 ГэВ (W бозоны) және 75-92 ГэВ (Z бозоны) аралығында екені анықталды – бұл сол кездегі ең қуатты үдеткіштерге қол жетімді емес энергия деңгейі еді. 1976 жылы Карло Руббия, Питер МакИнтайр және Дэвид Клайн протондық үдеткішті өзгертуді ұсынды – сол кезде Фермилабта протондық үдеткіш жұмыс істеп тұрды, ал ЦЕРН-де (SPS) тағы біреуі салынып жатқан болатын – оны протон-антипротон коллайдеріне айналдыруға, W және Z бозондарын өндіруге жеткілікті энергияға жетуге болатын жағдайға келтіруге. Ұсыныс 1978 жылы ЦЕРН-де қабылданды, ал Суперпротондық синхротроны (SPS) кейде протон-антипротон коллайдері (SpS) ретінде жұмыс істеу үшін қайта жабдықталды.
Around 1968 Sheldon Glashow, Steven Weinberg, and Abdus Salam came up with the electroweak theory, which unified electromagnetism and weak interactions, and for which they shared the 1979 Nobel Prize in Physics. The theory postulated the existence of W and Z bosons, and the pressure on the research community to prove the existence of these particles experimentally was substantial. During the 70s it was established that the masses of the W and Z bosons were in the range of 60 to 80 GeV (W boson) and 75 to 92 GeV (Z boson) — energies too large to be accessible by any accelerator in operation at that time. In 1976, Carlo Rubbia, Peter McIntyre and David Cline proposed to modify a proton accelerator — at that time a proton accelerator was already running at Fermilab and one was under construction at CERN (SPS) — into a proton–antiproton collider, able to reach energies large enough to produce W and Z bosons. The proposal was adopted at CERN in 1978, and the Super Proton Synchrotron (SPS) was modified to occasionally operate as a proton antiproton collider (SpS).
Тарих
1978 жылдың 29 маусымында UA1 эксперименті мақұлданды. Сол жылы UA1-ге ұқсас мақсаттағы екінші детектор үшін екі ұсыныс енгізілді. 1978 жылдың 14 желтоқсанында Пьер Дарриулат, Луиджи Ди Лелла және олардың серіктестерінің ұсынысы мақұлданды. UA1 сияқты, UA2 да коллайдердің сәуле түтігінің айналасына арнайы орнатылған, жылдам болатын детектор болды. Ол W және Z бөлшектерінің іздерін табу үшін протон-антипротон соқтығысуларын зерттеді. Шамамен он жылдық жұмыстан кейін, UA2 эксперименттік бағдарламасы 1990 жылдың соңында аяқталды.
On 29 June 1978 the UA1 experiment was approved. Two proposals for a second detector, with the same purpose as UA1, were made the same year. On 14 December 1978, the proposal of Pierre Darriulat, Luigi Di Lella and collaborators, was approved. Like UA1, UA2 was a moveable detector, custom built around the beam pipe of the collider, which searched proton–antiproton collisions for signatures of the W and Z particles. After nearly ten years of operation, the UA2 experimental program stopped running at the end of 1990.
Құралымдар мен жұмыс
UA1 және UA2 эксперименттері протон-антипротон соқтығысу операциясы кезінде деректерді тіркеді және SPS тұрақты нысаналы операцияға қайта оралуы үшін деректерді жинау кезеңдерінен кейін артқа жылды. UA2 SpS сәулелік түтігінен алынғанда ауа жастықтарында жылжытылды. Энергия өлшемдері калориметрлерде жүргізілді. UA1-ден айырмашылығы, UA2-де мюон детекторлары болған жоқ. Калориметрде әрқайсысы 4 тонна салмақты 24 тілім болды. Бұл тілімдер соқтығысу нүктесінің айналасында апельсин бөліктері сияқты орналастырылған. Соқтығысудан ұшырылған бөлшектер ауыр материал қабаттарында екіншілік бөлшектердің душтарын тудырды. Бұл душтар пластикалық сцинтилляторлардың қабаттарынан өтіп, фотокөбейтілгіштермен оқылған жарық шығарды. Жарықтың мөлшері бастапқы бөлшектің энергиясына пропорционалды. Орталық калориметрдің нақты калибрленуі W және Z массаларын шамамен 1% дәлдікпен өлшеуге мүмкіндік берді.
The UA1 and UA2 experiments recorded data during proton–antiproton collision operation and moved back after periods of data taking, so that the SPS could revert to fixed target operation. UA2 was moved on air cushions when removed from the beam pipe of the SpS. Energy measurements were performed in the calorimeters. Unlike UA1, UA2 had no muon detector. The calorimeter had 24 slices, each weighing 4 tons. These slices were arranged around the collision point like segments of an orange. Particles ejected from the collision produced showers of secondary particles in the layers of heavy material. These showers passed through layers of plastic scintillators, generating light which was read with photomultiplier by the data collection electronics. The amount of light was proportional to the energy of the original particle. Accurate calibration of the central calorimeter allowed the W and Z masses to be measured with a precision of about 1%.
Детекторды жаңарту
1985-1987 жылдардағы детекторды жаңарту екі мақсатқа бағытталды: толық калориметрлік жабу және төмен көлденең импульста электронды жақсырақ анықтау. Бірінші мақсатқа сәуле бағытына қатысты 6°–40° аймақтарын қамтитын жаңа калориметрлермен соңғы қаптамаларды алмастыру арқылы қол жеткізілді, бұл детекторды герметикалық түрде жапты. Соңғы қаптама калориметрлері электромагниттік бөлігі үшін қорғасын/сцинтиллятордан, ал адрондық бөлігі үшін темір/сцинтиллятордан жасалған. Детектор цилиндр пішіндес, сәулелік түтікке жақын орналасқан. Детектор 1 см-ден аспайтын бос кеңістікке сыюы керек болды. Сондықтан детектордың компоненттерін кішірейту қажеттігі туды. Бұл екі жаңа технологияның көмегімен іске асырылды: кремний сенсоры және арнайы интегралдық схема (ASIC). Қолданыстағы электроника тым көлемді болғандықтан, жаңа ASIC әзірлеу қажет болды. Бұл коллайдерлік экспериментке бейімделген алғашқы кремний трекері және қазіргі кремний детекторларына дейінгі технология болды. Хадрондық ағындарды бақылау кванттық хромодинамика теориясының күшті партондық өзара әрекеттесудің негізгі ерекшеліктерін сипаттауға қабілетті екенін растады. Келесі қадам Z-бозонын табу болды. Дегенмен, теория бойынша Z-бозоны W-бозонынан он есе сирек кездесетін. Сондықтан эксперименттер W-бозонының бар екенін көрсеткен 1982 жылғы жүрісте жиналған деректерден бірнеше есе көп дерек жинау қажет болды. Жақсартылған техникалар мен әдістердің арқасында люминесценция айтарлықтай артты. Бұл күш-жігер сәтті аяқталып, 1983 жылдың 1 маусымында ЦЕРН-де Z-бозонының ашылғаны туралы ресми хабарланды.
The 1985 1987 upgrade of the detector was aimed at two aspects: full calorimeter coverage and better electron identification at lower transverse momenta. The first aspect was addressed by replacing the end caps with new calorimeters that covered the regions 6° 40° with respect to the beam direction, thereby hermetically sealing the detector. The end cap calorimeters consisted of lead/scintillator samplings for the electromagnetic part, and iron/scintillator for the hadronic part. This detector was built as a cylinder, closely surrounding the beam pipe. The detector had to fit into the available space of less than 1 cm. It was therefore necessary to miniaturize the components of the detector. This was achieved with two brand new technologies: the silicon sensor and the Application Specific Integrated Circuit (ASIC). Existing electronics were too bulky, and therefore a novel ASIC had to be developed. This was the first silicon tracker adapted to a collider experiment, a technology prior to the present silicon detectors. Observations of hadronic jets confirmed that the theory of quantum chromodynamics could describe the gross features of the strong parton interaction. The next step was to track down the Z boson. However, the theory said that the Z boson would be ten times rarer than the W boson. The experiments therefore needed to collect several times the data collected in the 1982 run that showed the existence of the W boson. With improved techniques and methods, the luminosity was increased substantially. These efforts were successful, and on 1 June 1983, the formal announcement of the discovery of the Z boson was made at CERN.
Жоғарғы кваркты іздеу
Жаңартылған детектормен жұмыс істеу кезінде UA2 ынтымақтастығы АҚШ-тағы Фермилаб эксперименттерімен топ кваркын іздеуде бәсекелестікке түсті. Физиктер оның бар екенін 1977 жылдан бері күткен, осы уақытта оның жұптасқан бөлшегі – түп кварк – ашылған болатын. Топ кваркын ашуға дайын екендігі сезілді. 1987-1990 жылдар аралығында UA2 2065 ыдырау және 251 Z ыдырауды электрондық жұптарға жинады, олардың нәтижесінде W және Z бозондарының массаларының қатынасын 0,5% дәлдікпен өлшеуге мүмкіндік болды.
Throughout the runs with the upgraded detector, the UA2 collaboration was in competition with experiments at Fermilab in the US in the search for the top quark. Physicists had anticipated its existence since 1977, when its partner — the bottom quark — was discovered. It was felt that the discovery of the top quark was imminent. During the 1987 1990 run UA2 collected 2065 decays, and 251 Z decays to electron pairs, from which the ratio of the mass of the W boson and the mass of the Z boson could be measured with a precision of 0.5%.