Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Ускоритель частиц в ЦЕРН, Швейцария
Particle accelerator at CERN, Switzerland
Большой электронно-позитронный коллайдер (LEP) был одним из крупнейших ускорителей частиц, когда-либо созданных. Он был построен в ЦЕРН, международном центре исследований в области ядерной и физики частиц, расположенном недалеко от Женевы, Швейцария. В ЛЭП электроны сталкивались с позитронами на энергиях, достигавших 209 ГэВ. Это был кольцевой коллайдер с окружностью 27 километров, построенный в туннеле на глубине около 100 метров под землей, проходящем через Швейцарию и Францию. ЛЭП использовался с 1989 по 2000 год. Около 2001 года он был демонтирован, чтобы освободить место для Большого адронного коллайдера, который повторно использовал туннель ЛЭП. На сегодняшний день ЛЭП является самым мощным ускорителем лептонов, когда-либо построенным.
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.
Фон коллайдера
LEP был круговым лептоновым коллайдером – самым мощным из когда-либо созданных. Для понимания, современные коллайдеры обычно классифицируются по форме (циркулярной или линейной) и по типу ускоряемых и сталкиваемых частиц (лептоны или адроны). Лептоны – это элементарные частицы, имеющие относительно небольшую массу. Благодаря тому, что они элементарны, их столкновения протекают чисто и поддаются прецизионным измерениям; однако, из-за их малой массы, энергия столкновений не может достигать значений, возможных при использовании более тяжелых частиц. Адроны – это составные частицы (состоящие из кварков), обладающие относительно большой массой; например, масса протона в 2000 раз превышает массу электрона. Благодаря большей массе, их можно ускорять до значительно более высоких энергий, что необходимо для непосредственного наблюдения новых частиц или взаимодействий, не предсказанных современными теориями. Однако адронные столкновения очень сложны (например, часто наблюдается множество несвязанных треков, и определение энергии столкновения затруднено), поэтому их анализ сложнее и они менее подходят для прецизионных измерений. Форма коллайдера также имеет значение. Коллайдеры высоких энергий собирают частицы в пучки, а затем сталкивают их друг с другом. Однако, лишь очень малая доля частиц в каждом пучке фактически участвует в столкновении. В циркулярных коллайдерах эти пучки движутся по приблизительно круговой траектории в противоположных направлениях и, следовательно, могут сталкиваться многократно. Это обеспечивает высокую частоту столкновений и облегчает сбор большого объема данных, что важно для прецизионных измерений или наблюдения редких распадов. Однако энергия пучков ограничена потерями на синхротронное излучение. В линейных коллайдерах частицы движутся по прямой линии и, следовательно, не подвержены синхротронному излучению, но пучки нельзя использовать повторно, что затрудняет сбор больших объемов данных. Как циркулярный лептоновый коллайдер, LEP был идеально приспособлен для прецизионных измерений электрослабого взаимодействия на ранее недостижимых энергиях.
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.
История
Строительство ЛЭП было масштабным проектом. В период с 1983 по 1988 год это был крупнейший проект в области гражданского строительства в Европе. Когда коллайдер ЛЭП начал работу в августе 1989 года, он разгонял электроны и позитроны до общей энергии 45 ГэВ каждый, что позволило получить бозон Z, масса которого составляет 91 ГэВ.
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.
Дельфийский
DELPHI расшифровывается как DEtector с идентификацией лептонов, фотонов и адронов.
DELPHI stands for DEtector with Lepton, Photon and Hadron Identification.
ОПАЛ
OPAL расшифровывается как Omni Purpose Apparatus для LEP. Название эксперимента было каламбуром, так как некоторые из основателей научного сотрудничества, впервые предложивших его конструкцию, ранее работали над детектором JADE в DESY в Гамбурге. OPAL представлял собой универсальный детектор, предназначенный для сбора широкого спектра данных. Собранные им данные использовались для высокоточных измерений формы линии бозона Z, проведения детальных тестов Стандартной модели и установления ограничений на новую физику. В 2000 году детектор был демонтирован, чтобы освободить место для оборудования Большого адронного коллайдера. Свинцово-стеклянные блоки из электромагнитного калориметра OPAL в настоящее время повторно используются в детекторах фотонного вето с большими углами обзора в эксперименте NA62 в CERN.
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.
Л3
L3 был еще одним экспериментом на LEP. Его огромное восьмиугольное магнитное возвращающее ярмо осталось на месте в каверне и вошло в состав детектора ALICE для Большого адронного коллайдера.
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.
Результаты
Результаты экспериментов на LEP позволили получить точные значения многих величин Стандартной модели — важнейшие из которых — массы Z-бозона и W-бозона (которые были открыты в 1983 году на более раннем коллайдере ЦЕРН, коллайдере протон-антипротон) — и тем самым подтвердить модель, заложив ее на прочную эмпирическую основу.
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.
Бозон Хиггса
Ближе к концу запланированного времени работы, данные показали многообещающие, но неубедительные признаки того, что частица Хиггса с массой около 115 ГэВ могла быть обнаружена – своего рода Святой Грааль современной физики высоких энергий. Время работы было продлено на несколько месяцев, но это не дало результатов. Интенсивность сигнала оставалась на уровне 1,7 стандартных отклонений, что соответствует уровню достоверности 91%, что значительно ниже уровня, необходимого физикам частиц для объявления об открытии, и находилось на предельно верхней границе диапазона чувствительности экспериментов с собранными данными LEP. Было предложено продлить работу LEP еще на год для получения подтверждения, что задержало бы запуск LHC. Однако было принято решение остановить LEP и продолжить работу над LHC в соответствии с планом. В течение многих лет это наблюдение оставалось единственным указанием на существование бозона Хиггса; последующие эксперименты на Теватроне до 2010 года не обладали достаточной чувствительностью для подтверждения или опровержения этих признаков. Однако, начиная с июля 2012 года, эксперименты ATLAS и CMS на LHC представили доказательства существования частицы Хиггса с массой около 125 ГэВ и окончательно исключили область 115 ГэВ.
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.