Velký elektronovo -pozitronový urychlovač - Large Electron–Positron Collider

„LEP“ přeadresuje tady. Další použití viz LEP (disambiguation) .
Bývalý tunel LEP v CERNu je naplněn magnety pro velký hadronový urychlovač .

Large Electron-Positron Collider ( LEP ) byl jedním z největších urychlovačích částic někdy postavených. Byl postaven v CERN , nadnárodním centru pro výzkum jaderné a částicové fyziky poblíž Ženevy ve Švýcarsku .

LEP srazil elektrony s pozitrony při energiích, které dosáhly 209 GeV. Byl to kruhový urychlovač o obvodu 27 kilometrů postavený v tunelu zhruba 100 m pod zemí a procházející Švýcarskem a Francií . LEP byl používán od roku 1989 do roku 2000. Kolem roku 2001 byl rozebrán, aby uvolnil místo velkému hadronovému urychlovači , který znovu použil tunel LEP. K dnešnímu dni je LEP nejsilnějším akcelerátorem leptonů, jaký byl kdy postaven.

Collider pozadí

LEP byl kruhový leptonový urychlovač - nejsilnější, jaký kdy byl postaven. V kontextu lze moderní srážeče obecně kategorizovat podle jejich tvaru (kruhového nebo lineárního) a podle toho, jaké typy částic urychlují a srazí (leptony nebo hadrony). Leptony jsou bodové částice a jsou relativně lehké. Protože se jedná o bodové částice, jsou jejich srážky čisté a přístupné přesným měřením; protože jsou však lehké, srážky nemohou dosáhnout stejné energie, jaké lze dosáhnout těžšími částicemi. Hadrony jsou složené částice (složené z kvarků) a jsou relativně těžké; například protony mají hmotnost 2000krát větší než elektrony. Kvůli jejich vyšší hmotnosti je lze urychlit na mnohem vyšší energie, což je klíč k přímému pozorování nových částic nebo interakcí, které nejsou v současnosti přijímanými teoriemi předpovídány. Srážky hadronů jsou však velmi chaotické (například často existuje mnoho nesouvisejících stop a není snadné určit energii kolizí), a proto jsou náročnější na analýzu a méně přístupné přesným měřením.

Část trubice svazku paprsků LEP

Důležitý je také tvar urychlovače. Srážeče fyziky vysokých energií shromažďují částice do svazků a poté je srazí dohromady. Ve skutečnosti se však srazí jen velmi malý zlomek částic v každém svazku. U kruhových srážek tyto svazky cestují kolem zhruba kruhového tvaru v opačných směrech, a proto je lze srážet znovu a znovu. To umožňuje vysokou míru kolizí a usnadňuje sběr velkého množství dat, což je důležité pro přesná měření nebo pro pozorování velmi vzácných rozpadů. Energie svazků je však omezená kvůli ztrátám ze synchrotronového záření . V lineárních kolidérech se částice pohybují po přímce, a proto netrpí synchrotronovým zářením, ale svazky nelze znovu použít, a proto je náročnější sbírat velké množství dat.

Jako kruhový leptonový urychlovač byl LEP vhodný pro přesné měření elektroslabé interakce při energiích, které dříve nebylo možné dosáhnout.

Dějiny

Výstavba LEP byla významným úkolem. V letech 1983–1988 to byl největší projekt inženýrského stavitelství v Evropě.

Když v srpnu 1989 zahájil provoz LEP urychlovač, urychlil elektrony a pozitrony na celkovou energii 45  GeV, aby byla umožněna produkce Z bosonu , který má hmotnost 91 GeV. Urychlovač byl později aktualizován, aby umožnil výrobu dvojice W bosonů, z nichž každý má hmotnost 80 GeV. Energie urychlovače LEP nakonec dosáhla na konci roku 2000 hodnoty 209 GeV. Při Lorentzově faktoru (= energie částic/klidová hmotnost = [104,5 GeV/0,511 MeV]) přes 200 000 si LEP stále drží rychlostní rekord urychlovače částic, extrémně blízko omezující rychlost světla. Na konci roku 2000 byl LEP odstaven a poté rozebrán, aby se v tunelu uvolnil prostor pro stavbu Large Hadron Collider (LHC).

Úkon

Stará RF dutina od LEP , nyní vystavená na výstavě Microcosm v CERNu

LEP byl napájen elektrony a pozitrony dodávanými komplexem urychlovačů CERN. Částice byly generovány a zpočátku urychlovány předinjektorem LEP a dále zrychlovány téměř na rychlost světla protonovým synchrotronem a super protonovým synchrotronem . Odtud byli injikováni do prstence LEP.

Jako u všech prstencových srážečů sestával prstenec LEP z mnoha magnetů, které nutily nabité částice do kruhové trajektorie (aby zůstaly uvnitř prstence), RF urychlovačů, které urychlovaly částice vysokofrekvenčními vlnami , a kvadrupólů, které zaostřovaly svazek částic (tj. držte částice pohromadě). Úlohou urychlovačů bylo zvýšit energii částic tak, aby při srážce částic mohly vznikat těžké částice. Když byly částice zrychleny na maximální energii (a soustředěny do takzvaných svazků), byly v jednom z kolizních bodů detektoru vytvořeny elektrony a pozitronové svazky. Když se elektron a pozitron srazí, zničí se na virtuální částici , buď foton nebo Z boson . Virtuální částice se téměř okamžitě rozpadne na další elementární částice, které jsou poté detekovány obrovskými detektory částic .

Detektory

Large Electron – Positron Collider měl čtyři detektory, postavené kolem čtyř kolizních bodů v podzemních halách. Každý z nich měl velikost malého domu a byl schopen registrovat částice podle jejich energie , hybnosti a náboje, což fyzikům umožnilo usoudit na reakci částic, která se stala, a na elementární částice, kterých se to týká. Prováděním statistické analýzy těchto dat se získávají znalosti o fyzice částic . Čtyři detektory LEP se nazývaly Aleph, Delphi, Opal a L3. Byly postaveny odlišně, aby umožňovaly komplementární experimenty .

ALEPH

Hlavní článek: ALEPH experiment

ALEPH je zkratka pro A pparatus for LEP PH ysics v CERNu . Detektor určil hmotnost W-bosonu a Z-bosonu v rámci jedné části z tisíce. Byl stanoven počet rodin částic se světelnými neutriny2,982 ± 0,013 , což je v souladu se standardní hodnotou modelu 3. Průběh vazebné konstanty kvantové chromodynamiky (QCD) byl měřen při různých energiích a bylo zjištěno, že běží v souladu s poruchovými výpočty v QCD.

DELPHI

Hlavní článek: Experiment DELPHI

DELPHI znamená DE Tector s L epton, P Hoton a H Adron I DENTIFIKACE .

OPÁL

Hlavní článek: OPAL experiment

OPAL znamená O mni- P ČEL pparatus pro L EP . Název experimentu byl slovní hříčkou, protože někteří ze zakládajících členů vědecké spolupráce, která návrh poprvé navrhla, již dříve pracovali na detektoru JADE v DESY v Hamburku . OPAL byl univerzální detektor určený ke shromažďování široké škály dat. Jeho data byla použita k provedení vysoce přesných měření tvaru čáry Z bosonu , provedení podrobných testů standardního modelu a stanovení limitů pro novou fyziku. Detektor byl demontován v roce 2000, aby uvolnil místo pro zařízení LHC . Tyto olovnaté sklo bloky od OPAL hlavňové elektromagnetickém kalorimetru jsou v současné době znovu použít ve velkém úhlu detektorů fotonů veta u NA62 experimentu v CERN.

L3

Hlavní článek: L3 experiment

L3 byl další experiment LEP. Jeho obrovské osmiúhelníkové magnetické zpětné jho zůstalo na místě v jeskyni a stalo se součástí detektoru ALICE pro LHC.

Výsledek

Výsledky experimentů LEP umožnily získat přesné hodnoty mnoha veličin standardního modelu- hlavně hmotnosti Z bosonu a W bosonu (které byly objeveny v roce 1983 na dřívějším urychlovači CERN , Proton-Antiproton Collider ) —A tak potvrďte model a postavte jej na solidní základ empirických dat.

Ne zcela objev Higgsova bosonu

Blízko konce naplánované doby běhu data naznačovala dráždivé, ale neprůkazné náznaky, že by mohla být pozorována Higgsova částice o hmotnosti kolem 115 GeV, jakýsi Svatý grál současné fyziky vysokých energií . Run-time byl prodloužen o několik měsíců, ale bezvýsledně. Síla signálu zůstala na 1,7 standardních odchylek, což se promítá na 91% úroveň spolehlivosti , což je mnohem méně, než je spolehlivost, kterou očekávají fyzici částic pro objev, a byla na extrémním horním okraji detekčního rozsahu experimentů se shromážděnými LEP data. Byl předložen návrh na prodloužení provozu LEP o další rok s cílem usilovat o potvrzení, což by oddálilo zahájení LHC . Bylo však rozhodnuto vypnout LEP a postupovat s LHC podle plánu.

Po celá léta byl tento postřeh jediným náznakem Higgsova bosona; následné experimenty do roku 2010 na Tevatronu nebyly dostatečně citlivé, aby tyto rady potvrdily nebo vyvrátily. Počínaje červencem 2012 však experimenty ATLAS a CMS v LHC poskytly důkaz o Higgsově částici kolem 125 GeV a silně vyloučily oblast 115 GeV.

Viz také

Reference

externí odkazy