Войти
Бывший туннель LEP в CERN заполняется с магнитами для Большого адронного коллайдера.Большой электронно-позитронный коллайдер (LEP ) был одним из крупнейших ускорителей частиц когда-либо построенный.
Он был построен в ЦЕРН, многонациональном центре исследований в области ядерной физики и физики элементарных частиц недалеко от Женевы, Швейцария. LEP столкнулся электронами с позитронами при энергиях, достигающих 209 ГэВ. Это был круговой коллайдер с окружностью 27 километров, построенный в туннеле примерно в 100 м (300 футов) под землей и проходящий 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.
LEP был кольцевым лептонным коллайдером - самым мощным такое когда-либо строили. 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 представляют собой точечные частицы и относительно легкие. Поскольку они точечные частицы, 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 представляют собой составные частицы (состоящие из кварков) и относительно тяжелые; 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, 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 электрослабого взаимодействия при энергиях, которые ранее были недостижимы.
Строительство LEP было важным мероприятием. В период с 1983 по 1988 год это был крупнейший проект гражданского строительства в Европе.
Когда коллайдер LEP начал работу в августе 1989 года, он ускорял электроны и позитроны до общей энергии 45 ГэВ каждый. для образования Z-бозона с массой 91 ГэВ. 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. При лоренцевом факторе (= энергия частицы / масса покоя = [104,5 ГэВ / 0,511 МэВ]) более 200000, LEP все еще удерживает ускоритель частиц. рекорд скорости, чрезвычайно близкий к предельной скорости света. В конце 2000 года LEP был остановлен, а затем демонтирован, чтобы освободить место в туннеле для строительства Большого адронного коллайдера (LHC).
Старый RF-резонатор из LEP, теперь выставленный на выставке Microcosm в CERN В LEP подавали электроны и позитроны, доставляемые ускорительным комплексом ЦЕРН. Частицы генерировались и первоначально ускорялись с помощью LEP Pre-Injector, 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 (чтобы они оставались внутри кольца), ВЧ-ускорители, которые ускоряли частицы с помощью радиоволн, и квадруполей, которые сфокусировал пучок частиц (т.е. удерживал 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 в виртуальную частицу, либо фотон, либо Z-бозон. Виртуальная частица почти сразу распадается на другие элементарные частицы, которые затем обнаруживаются огромными детекторами частиц.
Большой электрон-позитронный коллайдер имел четыре детектора, построенные вокруг четыре точки 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 и задействованы элементарные частицы. Выполняя статистический анализ этих данных, получают знания о физике элементарных частиц. Четыре детектора LEP были названы Aleph, Delphi, Opal и L3. Они были построены по-другому, чтобы обеспечить дополнительные эксперименты..
ALEPH означает A pparatus для LEP PHysics в ЦЕРН. Детектор определил массу W-бозона и Z-бозона с точностью до одной тысячи. Было определено, что количество семейств частиц с легкими нейтрино составляет 2,982 ± 0,013, что согласуется со значением 3 в стандартной модели стандартной модели. Выполнение квантовой хромодинамики (КХД) константа связи была измерена при различных энергиях и обнаружена в соответствии с пертурбативными расчетами в КХД.
DELPHI означает DE тектор с обозначением L эптон, P хотон и H адрон I .
OPAL означает O mni- P urpose A pparatus для L EP. Название эксперимента было игрой слов, так как некоторые из основателей научного сотрудничества, которые впервые предложили эту конструкцию, ранее работали над детектором JADE в DESY в Гамбург. OPAL был детектором общего назначения, предназначенным для сбора широкого спектра данных. Его данные были использованы для проведения 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. Блоки свинцового стекла из цилиндра OPAL электромагнитного калориметра в настоящее время повторно используются в широкоугольных вето-детекторах фотонов в эксперименте NA62 в ЦЕРНе.
L3 был еще одним экспериментом с LEP. Его огромное восьмиугольное возвратное ярмо магнита осталось на месте в пещере и стало частью детектора ALICE для LHC.
Результаты экспериментов с LEP позволили получить точные значения многих величин Стандартной модели, в первую очередь массы Z-бозона и W-бозон (который был обнаружен в 1983 году на более раннем коллайдере CERN, протонно-антипротонном коллайдере ), который должен быть получен - и таким образом подтверждают Модель и поставить его на прочную основу эмпирических данных.
Ближе к концу запланированного времени выполнения данные предполагают заманчивые, но неубедительные намеки на то, что частица Хиггса с массой около 115 ГэВ можно было наблюдать, 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 91% уровню достоверности, что намного меньше, чем уверенность, которую ожидали физики элементарных частиц, чтобы заявить об открытии, и была на пределе верхняя граница диапазона обнаружения экспериментов с собранными данными LEP. Было предложение продлить операцию LEP еще на год, чтобы получить подтверждение, что задержало бы запуск 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. на Тэватрон не были достаточно чувствительными, чтобы подтвердить или опровергнуть эти намеки. Однако, начиная с июля 2012 года, эксперименты ATLAS и CMS на LHC представили доказательства наличия частицы Хиггса около 125 ГэВ и полностью исключили область 115 ГэВ.
