Войти
 | |
| Ключевые эксперименты SppS | |
|---|---|
| UA1 | Подземная зона 1 |
| UA2 | Подземный участок 2 |
| UA4 | Подземный участок 4 |
| UA5 | Un derground Area 5 |
| Предускорители SppS | |
| PS | Протонный синхротрон |
| AA | Аккумулятор антипротонов |
Детектор UA2 показан в открытом положении на протонно-антипротонном коллайдере ЦЕРН в 1982 г. Эксперимент ЦЕРН, приведший к открытию W и Z-бозоны Эксперимент Underground Area 2 (UA2) был экспериментом по физике высоких энергий на протонно-антипротонном коллайдере (SppS ) - модификация Super Proton Synchrotron (SPS ) - в CERN. Эксперимент проводился с 1981 по 1990 год, и его основной целью было открытие W- и Z-бозонов. UA2 вместе с экспериментом UA1 удалось открыть эти частицы в 1983 году, в результате чего Нобелевская премия по физике была присуждена Карло Руббиа и Саймон ван дер Меер. Эксперимент UA2 также обнаружил первые свидетельства образования струи в адронных столкновениях в 1981 году и участвовал в поисках топ-кварка и суперсимметричные частицы. Пьер Дарриулат был представителем UA2 с 1981 по 1986 год, за ним следовал Луиджи Ди Лелла с 1986 по 1990 год.
Примерно в 1968 году Шелдон Глэшоу, Стивен Вайнберг и Абдус Салам выступили с теорией электрослабой связи, которая объединила электромагнетизм и слабые взаимодействия, и для которой они разделил Нобелевскую премию по физике 1979 . Теория постулировала существование W- и Z-бозонов, и давление на исследовательское сообщество с целью экспериментального доказательства существования этих частиц было существенным. В 70-е годы было установлено, что массы W и Z-бозонов находятся в диапазоне от 60 до 80 ГэВ (W-бозон) и от 75 до 92 ГэВ (Z-бозон) - энергии слишком велики, чтобы их можно было получить. любым ускорителем, работающим в то время. В 1976 году Карло Руббиа и Дэвид Клайн предложили модифицировать протонный ускоритель - в то время протонный ускоритель уже работал в Фермилабе, а один строился. в ЦЕРНе (SPS) - в коллайдер протон - антипротон, способный достигать энергии, достаточной для образования W- и Z-бозонов. Это предложение было принято в ЦЕРН в 1978 г., и суперпротонный синхротрон (SPS) был модифицирован, чтобы иногда работать как протон-антипротонный коллайдер (SppS).
29 июня 1978 г. эксперимент UA1 был одобрен. В том же году было сделано два предложения по второму детектору с той же целью, что и UA1. 14 декабря 1978 г. предложение Пьера Дарриула, Луиджи Ди Лелла и сотрудников было одобрено. Как и UA1, UA2 был подвижным детектором, специально построенным вокруг лучевой трубы коллайдера, который искал столкновения протонов с антипротонами на предмет сигнатур частиц W и Z. Эксперимент UA2 начался в декабре 1981 года. Первоначальное сотрудничество UA2 состояло из примерно 60 физиков из Берна, ЦЕРН, Копенгагена, Орсе, Павии и Saclay.
С 1981 по 1985 годы эксперименты UA1 и UA2 собирали данные, соответствующие интегральной светимости приблизительно 0,9 pb. С 1985 по 1987 год SppS был модернизирован, и светимость машины увеличилась в 10 раз по сравнению с предыдущими характеристиками. Субдетекторы UA2 также были модернизированы, что сделало детектор герметичным, что увеличило его способность измерять недостающую поперечную энергию.
Вторая экспериментальная фаза длилась с 1987 по 1990 год. Группы из Кембриджа, Гейдельберга, Милана, Перуджи и Пиза присоединилась к коллаборации, насчитывающей около 100 физиков. Во время этой фазы UA2 накапливал данные, соответствующие интегральной светимости 13,0 пбайт за три основных периода работы. После почти десяти лет эксплуатации экспериментальная программа UA2 прекратила свою работу в конце 1990 года.
Гражданское строительство подземного экспериментального зала в LSS4 Эксперименты UA1 и UA2 записали данные во время столкновения протонов и антипротонов и возвращался после периодов сбора данных, так что SPS мог вернуться к работе с фиксированной целью. UA2 был перемещен на воздушной подушке при удалении из балочной трубы SppS.
Эксперимент UA2 проводился примерно в 50 метрах под землей, в кольце SPS / ускоритель SppS и размещался в большой пещере. Пещера была достаточно большой, чтобы разместить детектор, предоставить место для его сборки в «гаражном положении» без отключения ускорителя и туда, где он также был перемещен обратно после периодов сбора данных. Таким образом, ускоритель мог вернуться к работе с фиксированной целью после периодов работы в качестве коллайдера.
Эксперименты UA1 и UA2 имели много общего; они оба работали на одном ускорителе и преследовали одну и ту же цель (открыть W- и Z-бозоны ). Основное отличие заключалось в конструкции детектора; UA1 был многоцелевым детектором, тогда как UA2 имел более ограниченную область применения. UA2 был оптимизирован для обнаружения электронов от распадов W и Z . Основное внимание уделялось высокодисперсному калориметру - детектору, измеряющему количество депонированных частиц энергии - со сферической проективной геометрией, который также был хорошо приспособлен для обнаружения адронных струй. Слежение за заряженными частицами производилось в центральном детекторе, а измерения энергии проводились в калориметрах. В отличие от UA1, UA2 не имел детектора мюонов.
Детектор для эксперимента UA2. На рисунке показан детектор после модернизации 1985-1987 годов, когда были добавлены новые концевые калориметры для улучшения поиска топ-кварка и новой физики. Калориметр имел 24 ломтика, каждый весом 4 тонны. Эти кусочки располагались вокруг точки столкновения, как дольки апельсина. Частицы, выброшенные в результате столкновения, вызвали ливни вторичных частиц в слоях тяжелого материала. Эти ливни проходили через слои пластиковых сцинтилляторов, генерируя свет, который считывался фотоумножителем электроникой сбора данных. Количество света было пропорционально энергии исходной частицы. Точная калибровка центрального калориметра позволила измерить массы W и Z с точностью около 1%.
Модернизация детектора 1985-1987 годов была направлена на два аспекта: полное покрытие калориметра и лучшая идентификация электронов при более низких поперечных импульсах. Первый аспект был решен путем замены торцевых заглушек на новые калориметры, которые закрывали области 6-40 ° по отношению к направлению луча, тем самым герметично закрывая детектор. Торцевые калориметры состояли из образцов свинца / сцинтиллятора для электромагнитной части и железа / сцинтиллятора для адронной части. Производительность и степень детализации новых калориметров были настроены таким образом, чтобы соответствовать центральному калориметру, что имело значение для системы запуска.
Идентификация электронов была улучшена за счет использования полностью нового центрального узла отслеживающего детектора, частично состоящего из новаторского детектора с силиконовой подушечкой. В 1989 году сотрудничество продвинуло эту концепцию еще дальше, разработав детектор с кремниевой подушечкой (SPD) с более тонкой сегментацией площадок, который будет размещен непосредственно вокруг лучевой трубы области столкновения. Этот детектор был построен в виде цилиндра, плотно окружающего луч. Детектор должен был уместиться в доступном пространстве менее 1 см. Поэтому было необходимо миниатюризировать компоненты детектора. Это было достигнуто с помощью двух совершенно новых технологий: кремниевого датчика и специализированной интегральной схемы (ASIC). Существующая электроника была слишком громоздкой, поэтому пришлось разработать новую ASIC. Это был первый кремниевый трекер, адаптированный для экспериментов на коллайдере, технологии, предшествующей нынешним кремниевым детекторам.
Пресс-конференция 25 января 1983 года, когда было объявлено об открытии W-бозон в ЦЕРН. Справа налево: Карло Руббиа, представитель эксперимента UA1 ; Саймон ван дер Меер, ответственный за разработку техники стохастического охлаждения ; Хервиг Шоппер, генеральный директор ЦЕРН; Эрвин Габатулер, директор по исследованиям в ЦЕРН, и Пьер Дарриула, представитель эксперимента UA2. Самый первый результат коллаборация UA2, опубликованная 2 декабря 1982 г., была первым однозначным наблюдением образования адронных струй при высоком поперечном импульсе в результате столкновений адронов. Наблюдения за адронными струями подтвердили, что теория квантовой хромодинамики может описывать основные особенности сильного взаимодействия партонов .
Коллаборация UA2 и UA1 решила искать W-бозон путем идентификации его лептонного распада, потому что адронные распады, хотя и более частые, но имеют больший фон. К концу 1982 года SppS достиг достаточно высокой светимости, чтобы можно было наблюдать 
Следующим шагом было отслеживание Z-бозона. Однако теория гласила, что Z-бозон будет в десять раз реже, чем W-бозон. Поэтому в экспериментах потребовалось несколько раз собрать данные, собранные в ходе сеанса 1982 г., которые показали существование W-бозона. Благодаря улучшенным методам и методам, яркость была значительно увеличена. Эти усилия увенчались успехом, и 1 июня 1983 года в ЦЕРН было сделано официальное объявление об открытии Z-бозона.
На протяжении всех запусков с модернизированным детектором коллаборация UA2 конкурировала с экспериментами в Фермилаб в США по поиску топ-кварка. Физики ожидали его существования с 1977 года, когда был открыт его партнер - нижний кварк. Было ощущение, что открытие топ-кварка неизбежно.
В течение 1987-1990 годов UA2 собрал 2065
