Большой электрон-позитронный коллайдер - Large Electron–Positron Collider

«LEP» перенаправляется сюда. Для использования в других целях см. LEP (значения).
Бывший LEP туннель в ЦЕРН наполняется магниты для Большой адронный коллайдер.

В Большой электрон-позитронный коллайдер (LEP) был одним из крупнейших ускорители частиц когда-либо построенный.

Он был построен в ЦЕРН, международный центр исследований в области ядерной физики и физики элементарных частиц рядом с Женева, Швейцария. LEP столкнулся электроны с позитроны при энергиях, достигающих 209 ГэВ. Это был круговой коллайдер с длина окружности 27 километров, построенных в туннеле примерно в 100 м (300 футов) под землей и проходящем через Швейцария и Франция. LEP использовался с 1989 по 2000 год. Примерно в 2001 году его разобрали, чтобы освободить место для Большой адронный коллайдер, который повторно использовал туннель LEP. На сегодняшний день LEP - самый мощный ускоритель лептоны когда-либо построенный.

Фон коллайдера

LEP был круглым лептонным коллайдером - самым мощным из когда-либо построенных. Для контекста современные коллайдеры обычно можно разделить на категории в зависимости от их формы (круговая или линейная) и от того, с какими типами частиц они ускоряются и сталкиваются (лептоны или адроны). Лептоны точечные частицы и относительно легкие. Поскольку они являются точечными частицами, их столкновения чисты и поддаются точным измерениям; однако, поскольку они легкие, столкновения не могут достичь той же энергии, которая может быть достигнута с более тяжелыми частицами. Адроны являются составными частицами (состоящими из кварков) и относительно тяжелыми; Протоны, например, имеют массу в 2000 раз больше, чем электроны. Из-за их более высокой массы они могут быть ускорены до гораздо более высоких энергий, что является ключом к непосредственному наблюдению новых частиц или взаимодействий, которые не предсказываются принятыми в настоящее время теориями. Однако столкновения адронов очень беспорядочные (например, часто бывает много несвязанных треков, и определить энергию столкновений непросто), поэтому их сложнее анализировать и меньше поддаются точным измерениям.

Часть трубки пучка частиц LEP

Форма коллайдера также важна. Коллайдеры физики высоких энергий собирают частицы в сгустки, а затем сталкиваются вместе. Однако на самом деле сталкивается лишь очень малая часть частиц в каждом сгустке. В круговых коллайдерах эти сгустки движутся вокруг примерно круглой формы в противоположных направлениях и поэтому могут сталкиваться снова и снова. Это обеспечивает высокую частоту столкновений и облегчает сбор большого количества данных, что важно для точных измерений или для наблюдения очень редких распадов. Однако энергия сгустков ограничена из-за потерь от синхротронное излучение. В линейных коллайдерах частицы движутся по прямой линии и, следовательно, не страдают от синхротронного излучения, но сгустки нельзя использовать повторно, и поэтому собрать большие объемы данных сложнее.

В качестве кольцевого лептонного коллайдера LEP хорошо подходил для прецизионных измерений электрослабое взаимодействие при энергиях, которые ранее были недостижимы.

История

Строительство LEP было важным мероприятием. В период с 1983 по 1988 год это был крупнейший проект гражданского строительства в Европе.[1]

Когда коллайдер LEP начал работу в августе 1989 года, он разогнал электроны и позитроны до общей энергии 45ГэВ каждый, чтобы обеспечить производство Z-бозон, который имеет массу 91 ГэВ.[1] Позже ускоритель был модернизирован, чтобы дать возможность производить пару W-бозонов, каждый из которых имеет массу 80 ГэВ. В конце 2000 года энергия коллайдера LEP в конечном итоге достигла 209 ГэВ. Фактор Лоренца (= энергия частицы / масса покоя = [104,5 ГэВ / 0,511 МэВ]) более 200 000, LEP по-прежнему удерживает рекорд скорости ускорителя частиц, чрезвычайно близкий к предельной скорости света. В конце 2000 года ЛЭП был остановлен, а затем демонтирован, чтобы освободить место в туннеле для строительства Большой адронный коллайдер (БАК).

Операция

Старый РЧ резонатор из LEP, теперь выставлены на Микрокосм выставляться на ЦЕРН

LEP питался электроны и позитроны поставлено ускорительным комплексом ЦЕРН. Частицы генерировались и первоначально ускорялись Предварительный инжектор LEP, а затем ускорился почти до скорости света Протонный синхротрон и Супер протонный синхротрон. Оттуда они были введены в кольцо LEP.

Как и во всех кольцевые коллайдеры кольцо LEP состояло из множества магниты что заставило заряжен частицы в круговой траектория (чтобы они оставались внутри кольца), ВЧ ускорители который ускоренный частицы с радиочастотные волны, и квадруполи которые сфокусировали пучок частиц (т.е. удерживали частицы вместе). Функция ускорителей заключалась в увеличении энергии частиц, чтобы при столкновении частиц могли образовываться тяжелые частицы. Когда частицы были ускорены до максимальной энергии (и сфокусированы в так называемые сгустки), электрон и сгусток позитронов столкнулись друг с другом в одной из точек столкновения детектора. Когда электрон и позитрон сталкиваются, они уничтожать к виртуальная частица, либо фотон или Z-бозон. Виртуальная частица почти сразу распадается в другие элементарные частицы, которые затем обнаруживаются огромными детекторы частиц.

Детекторы

Большой электронно-позитронный коллайдер имел четыре детектора, построенные вокруг четырех точек столкновения в подземных залах. Каждый был размером с небольшой дом и мог регистрировать частицы по их энергия, импульс и заряжать, таким образом позволяя физикам сделать вывод о реакции частицы, которая произошла и элементарные частицы участвует. Выполняя статистический анализ этих данных, знания о физика элементарных частиц получается. Четыре детектора LEP были названы Aleph, Delphi, Opal и L3. Они были построены по-другому, чтобы дополнительные эксперименты.

АЛЕФ

Основная статья: АЛЕФ эксперимент

АЛЕФ означает Аппарат для LEP PHysics в ЦЕРН. Детектор определил массу W-бозон и Z-бозон с точностью до одной тысячи. Число семейств частиц с легкими нейтрино оказалось равным 2.982±0.013, что согласуется с стандартная модель значение 3. Запуск квантовая хромодинамика (QCD) константа связи был измерен при различных энергиях и обнаружил, что работает в соответствии с пертурбативный расчеты в КХД.[2]

ДЕЛЬФИ

Основная статья: DELPHI эксперимент

DELPHI означает DEТектор с Lэптон пХотон и ЧАСАдрон яопределение.

ОПАЛ

Основная статья: OPAL эксперимент

OPAL означает Омни-пуговаривать Аппарат для LEP. Название эксперимента было игрой слов, поскольку некоторые из основателей научного сотрудничества, которое впервые предложило конструкцию, ранее работали над детектором JADE в DESY в Гамбург.[3] OPAL был детектором общего назначения, предназначенным для сбора широкого спектра данных. Его данные использовались для высокоточных измерений Z-бозон Linehape, проведите подробные испытания Стандартной модели и установите ограничения на новую физику. Детектор разобрали в 2000 г., чтобы освободить место для LHC оборудование. В свинцовое стекло блоки из ствола OPAL электромагнитный калориметр в настоящее время повторно используются в широкоугольных детекторах вето фотонов на NA62 эксперимент в ЦЕРН.

L3

Основная статья: L3 эксперимент

L3 был еще одним экспериментом с LEP.[4] Его огромное восьмиугольное магнитное возвратное ярмо осталось на месте в пещере и стало частью Алиса детектор для LHC.

Полученные результаты

Результаты экспериментов LEP позволили получить точные значения многих величин Стандартная модель - самое главное - масса Z-бозон и W-бозон (которые были обнаружены в 1983 г. на более раннем ЦЕРН коллайдер, Протонно-антипротонный коллайдер ), который необходимо получить, и таким образом подтвердить Модель и положить ее на прочную основу эмпирических данных.

Не совсем открытие бозона Хиггса

Ближе к концу запланированного времени выполнения данные предложили соблазнительные, но неубедительные намеки на то, что Частица Хиггса с массой около 115 ГэВ, что-то вроде Святой Грааль текущего физика высоких энергий. Время выполнения было продлено на несколько месяцев, но безрезультатно. Сила сигнала осталась на уровне 1,7. Стандартное отклонение что соответствует 91% уровень уверенности, намного меньше, чем уверенность, которую ожидали физики элементарных частиц, чтобы заявить об открытии, и находилась на самом верхнем крае диапазона обнаружения экспериментов с собранными данными LEP. Было предложение продлить действие LEP еще на год, чтобы получить подтверждение, что задержало бы начало LHC. Однако было принято решение закрыть LEP и продолжить работу с LHC, как и планировалось.

В течение многих лет это наблюдение было единственным намеком на бозон Хиггса; последующие эксперименты до 2010 г. Теватрон не проявил достаточной чувствительности, чтобы подтвердить или опровергнуть эти намеки.[5] Однако начиная с июля 2012 г. АТЛАС и CMS эксперименты на LHC представили доказательства наличия частицы Хиггса около 125 ГэВ,[6] и полностью исключил область 115 ГэВ.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б Myers, S .; Пикассо, Э. (2006). «Проектирование, строительство и ввод в эксплуатацию большого электрон-позитронного коллайдера ЦЕРН». Современная физика. 31 (6): 387–403. Дои:10.1080/00107519008213789. ISSN  0010-7514.
  2. ^ «Добро пожаловать в АЛЕФ». Получено 2011-09-14.
  3. ^ "Эксперимент OPAL на LEP 1989–2000". Получено 2011-09-14.
  4. ^ "Домашняя страница L3". Получено 2011-09-14.
  5. ^ CDF Сотрудничество, D0 Сотрудничество, Тэватрон Новая Физика, Рабочая группа Хиггса (26.06.2010). «Комбинированные верхние пределы CDF и D0 для производства стандартного модельного бозона Хиггса до 6,7 фб−1 данных ». arXiv:1007.4587 [hep-ex ].CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  6. ^ «Новые результаты показывают, что новой частицей является бозон Хиггса - ЦЕРН». home.web.cern.ch. В архиве из оригинала 20 октября 2015 г.. Получено 24 апреля 2018.

внешняя ссылка