Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено с LEP )
Перейти к навигации Перейти к поиску
«LEP» перенаправляется сюда. Для использования в других целях, см LEP (значения) .
Бывший туннель LEP в ЦЕРНе заполняется магнитами для Большого адронного коллайдера .

Большой электрон-позитронный коллайдер ( LEP ) был один из самых больших ускорителей частиц когда - либо построенных.

Он был построен в ЦЕРНе , международном центре исследований в области ядерной физики и физики элементарных частиц недалеко от Женевы , Швейцария . LEP сталкивал электроны с позитронами при энергиях, достигающих 209 ГэВ. Это был круговой коллайдер с окружностью 27 километров, построенный в туннеле на глубине примерно 100 метров под землей и проходившем через Швейцарию и Францию . LEP использовался с 1989 по 2000 год. Примерно в 2001 году он был демонтирован, чтобы освободить место для Большого адронного коллайдера , который повторно использовал туннель LEP. На сегодняшний день LEP - самый мощный из когда-либо созданных ускорителей лептонов .

Фон коллайдера [ править ]

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 (круговой или линейной) 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. Адроныявляются 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 синхротронного излучения.. В линейных коллайдерах частицы движутся по прямой линии и поэтому не страдают от синхротронного излучения, но сгустки не могут быть повторно использованы, и поэтому собрать большие объемы данных сложнее.

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

История [ править ]

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 45  ГэВ каждый, что позволило получить Z-бозон с массой 91 ГэВ. [1] Позже ускоритель был модернизирован, чтобы дать возможность производить пару W-бозонов, каждый из которых имеет массу 80 ГэВ. Энергия коллайдера LEP в конце концов достигла 209 ГэВ в конце 2000 года. При коэффициенте 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 предельная скорость света. В конце 2000 года ЛЭП был остановлен, а затем демонтирован, чтобы освободить место в туннеле для строительства Большого адронного коллайдера. (БАК).

Операция [ править ]

Старый радиочастотный резонатор от LEP , который теперь демонстрируется на выставке Microcosm в ЦЕРНе.

В LEP поступали электроны и позитроны, доставляемые ускорительным комплексом ЦЕРН. Частицы генерировались и первоначально ускорялись с помощью предварительного инжектора LEP , а затем ускорялись почти до скорости света с помощью протонного синхротрона и суперпротонного синхротрона . Оттуда они были введены в кольцо LEP.

Как и во всех кольцевых коллайдерах , кольцо LEP состояло из множества магнитов, которые заставляли заряженные частицы двигаться по круговой траектории (так, чтобы они оставались внутри кольца), высокочастотных ускорителей, которые ускоряли частицы с помощью радиоволн , и квадруполей.которые фокусировали 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 аннигилируют с образованием виртуальной частицы , будь то фотон или Z-бозон . Виртуальная частица почти сразу распадается на другие элементарные частицы, которые затем обнаруживаются огромными детекторами частиц .

Детекторы [ править ]

Большой электрон-позитронный коллайдер имел четыре детектора, построенные вокруг четырех точек столкновения в подземных залах. Каждый был размером с небольшой дом и был способен регистрировать частицы по их энергии , импульсу и заряду, что позволяло физикам делать выводы о реакции частиц, которая произошла, и об участвующих элементарных частицах . Выполняя статистический анализ этих данных, знаний о физике элементарных частиц достигается. Четыре детектора LEP были названы Aleph, Delphi, Opal и L3. Они были построены по-другому, чтобы можно было проводить дополнительные эксперименты .

АЛЕФ [ править ]

Основная статья: эксперимент АЛЕФ

ALEPH расшифровывается как A pparatus для LEP PH ysics в ЦЕРН . Детектор определил массу W-бозона и Z-бозона с точностью до одной тысячи. Число семейств частиц с легкими нейтрино оказалось равным2,982 ± 0,013 , что согласуется со стандартным модельным значением 3. Работа константы связи квантовой хромодинамики (КХД) была измерена при различных энергиях и обнаружена в соответствии с пертурбативными расчетами в КХД. [2]

ДЕЛФИ [ править ]

Основная статья: эксперимент DELPHI

ДЕЛЬФИ означает DE TECTOR с L Эптон, P Hoton и H Adron I dentification .

OPAL [ править ]

Основная статья: OPAL эксперимент

ОПАЛОВЫЙ обозначает О mni- Р ЗАДАЧА pparatus для L EP . Название эксперимента было игрой слов, поскольку некоторые из основателей научного сотрудничества, которое впервые предложило эту конструкцию, ранее работали над детектором JADE в DESY в Гамбурге . [3] OPAL был детектором общего назначения, предназначенным для сбора широкого спектра данных. Его данные использовались для высокоточных измерений формы линии Z-бозона , проведения подробных испытаний Стандартной модели и установления ограничений на новую физику. Детектор разобрали в 2000 году, чтобы освободить место для оборудования LHC . Свинцовое стеклоблоки из цилиндрического электромагнитного калориметра OPAL в настоящее время повторно используются в широкоугольных фотонных вето-детекторах в эксперименте NA62 в ЦЕРНе.

L3 [ править ]

Основная статья: эксперимент L3

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

Результаты [ править ]

Результаты экспериментов с LEP позволили получить точные значения многих величин Стандартной модели, в первую очередь массы Z-бозона и W-бозона (которые были обнаружены в 1983 году на более раннем коллайдере ЦЕРНа , протонно-антипротонном коллайдере ). - таким образом подтвердите Модель и положите ее на прочную основу эмпирических данных.

Не совсем открытие бозона Хиггса [ править ]

Ближе к концу запланированного времени выполнения данные предполагали заманчивые, но неубедительные намеки на то, что могла наблюдаться частица Хиггса с массой около 115 ГэВ, своего рода Святой Грааль современной физики высоких энергий . Время выполнения было продлено на несколько месяцев, но безрезультатно. Сила сигнала оставалась на уровне 1,7 стандартных отклонений, что соответствует уровню достоверности 91% , что намного меньше, чем уверенность, которую ожидали физики элементарных частиц, чтобы заявить об открытии, и находилась на крайнем верхнем уровне диапазона обнаружения экспериментов с собранными Данные LEP. Было предложение продлить действие LEP еще на год, чтобы получить подтверждение, что задержало бы началоLHC . 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 года на Тэватроне не были достаточно чувствительными, чтобы подтвердить или опровергнуть эти намеки. [5] Однако, начиная с июля 2012 года, эксперименты ATLAS и CMS на LHC представили доказательства наличия частицы Хиггса около 125 ГэВ [6] и полностью исключили область 115 ГэВ.

См. Также [ править ]

  • Электрон-позитронная аннигиляция
  • Большой адронный коллайдер

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b Myers, S .; Пикассо, Э. (2006). «Проектирование, строительство и ввод в эксплуатацию большого электрон-позитронного коллайдера ЦЕРН» . Современная физика . 31 (6): 387–403. DOI : 10.1080 / 00107519008213789 . ISSN  0010-7514 .
  2. ^ «Добро пожаловать в АЛЕФ» . Проверено 14 сентября 2011 .
  3. ^ "Эксперимент OPAL на LEP 1989–2000" . Проверено 14 сентября 2011 .
  4. ^ "Домашняя страница L3" . Проверено 14 сентября 2011 .
  5. ^ CDF Collaboration , Д0 сотрудничество , тэватрона Новая физика , Рабочая группа Хиггс (2010-06-26). «Комбинированные верхние пределы CDF и D0 для производства бозона Хиггса стандартной модели с данными до 6,7 фб -1 ». arXiv : 1007.4587 [ hep-ex ].CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  6. ^ «Новые результаты показывают, что новая частица - бозон Хиггса - ЦЕРН» . home.web.cern.ch . Архивировано 20 октября 2015 года . Проверено 24 апреля 2018 года .

Внешние ссылки [ править ]

  • СМИ, связанные с Большим электрон-позитронным коллайдером на Викискладе?
  • Рабочие группы LEP
  • Коллайдер LEP от проектирования до утверждения и ввода в эксплуатацию Выдержки из мемориальной лекции Джона Адамса, прочитанной в ЦЕРН 26 ноября 1990 г.
  • Краткий, но хороший (хотя и немного устаревший) обзор (с хорошими фотографиями) о LEP и связанных предметах можно найти в этом онлайн-буклете Британского совета по исследованиям в области физики элементарных частиц и астрономии .