UA1

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Secțiunea centrală a experimentului UA1, expusă la Muzeul Microcosmosului CERN

Experimentul de fizică a particulelor UA1 a fost un experiment CERN , activ din 1981 până în 1993 la coliderul Super Proton Synchrotron (SPS). Scopul său a fost de a permite observarea produselor care provin din coliziuni foarte mari de energie între protoni și antiprotoni .

Experimentul este renumit pentru descoperirea în 1983 a bosonilor W și Z împreună cu experimentul UA2 , care l-au determinat pe Carlo Rubbia și Simon van der Meer să câștige Premiul Nobel pentru fizică în 1984 . [1] [2] [3]

Denumirile UA1 și UA2 provin din "Zona subterană" : dată fiind extensia enormă a acceleratorului Sincrotron Super Proton (SPS), coliziunea a avut loc la un punct de interacțiune din subsol situat în afara celor două situri principale ale CERN ( Meyrin și Prevessin ).

Detectorul experimentului UA1 a avut o mare importanță în înțelegerea fenomenologiei complexe a interacțiunilor proton - antiproton . A jucat un rol principal în identificarea celor foarte puține evenimente de producție ale bosonilor W și Z printre miliarde de coliziuni. A fost propus în 1978 , iar proiectul a fost finalizat în anii 1978 - 1979 . [4]

Istorie

UA1 (Zona subterană, experimentul unu) cu care în 1983, la CERN din Geneva, a fost descoperită particula elementară numită Z 0 , deja prezisă teoretic, dar niciodată observată experimental până acum. Z 0 , care este tehnic un boson sau un mediator de forță, este considerat de către fizicieni una dintre cele mai importante particule și confirmarea existenței sale a ajutat la verificarea corectitudinii teoriilor actuale asupra componentelor ultime ale materiei și asupra forțe care acționează între ele. Împreună cu detectorul UA2 - cu funcții similare, dar cu design diferit de primul - UA1 a permis, de asemenea, descoperirea particulelor W + și W - , care au fost, de asemenea, căutate mult timp înainte de identificarea lor. Datorită experimentului a fost posibil să se demonstreze ipoteza conform căreia două forțe fundamentale ale naturii, cea electromagnetică și cea nucleară slabă, sunt de fapt două manifestări diferite ale unei singure forțe, numite electrodebole . Descoperirea consolidează astfel ideea că toate forțele non-gravitaționale prezente în natură pot fi unificate în conformitate cu ceea ce este cunoscută sub numele de teoria marii unificări (GUT) conform unui proces similar celui care a avut loc în secolul al XIX-lea cu teoria electricitate și a magnetismului, datorită lui James Clerk Maxwell . Importanța acestor descoperiri a fost de așa natură încât autorii experimentului, italianul Carlo Rubbia și olandezul Simon van der Meer, au primit Premiul Nobel pentru fizică abia un an mai târziu (1984). [5]

SPS a fost inițial folosit pentru a livra particule rapide către o altă mașină mare dezvoltată de CERN, Large Electron-Positron Collider (LEP), dar a fost apoi dedicată în întregime experimentului UA1. Ulterior, SPS este utilizat ca generator de fascicule proton-antiproton în cadrul experimentului LHC, constituind din toate punctele de vedere o parte esențială a acestuia. De asemenea, în acest caz, descoperirile pe care SPS le permite să facă sunt de o valoare științifică extraordinară ( bosonul Higgs ). Experimentul a rămas operațional din 1981 până în 1993. [5]

Peste o sută de fizicieni din întreaga lume lucrează împreună pentru a realiza experimentul sub conducerea științifică a lui Carlo Rubbia , mărturie a modului în care, de la mijlocul secolului al XX-lea, colaborarea internațională a devenit fundamentală pentru a obține rezultate de acest nivel în cercetare. [6]

Descriere

Secțiunea detectorului UA1 expusă la Muzeul Național de Știință și Tehnologie Leonardo da Vinci din Milano. Ceea ce vedeți este o secțiune a detectorului central: mașina originală avea aproape 6 metri lungime și cântărea 2.000 de tone. [7]

Detectorul UA1 a fost un detector foarte complex pentru acea vreme, a fost conceput ca un detector generic. [8] Detectorul este format din 6 camere cilindrice de 5,8 m lungime și 2,3 m diametru, era cea mai mare cameră de drift din lume la acea vreme. Datorită unui câmp magnetic de 0,7 T, el a reușit să reconstruiască urmele curbate ale particulelor încărcate, măsurând impulsul acestora, semnul sarcinii electrice și rata pierderii de energie (dE / dx). Un amestec de argon - etan a umplut detectorul, atomii gazului ionizați pe măsură ce particulele încărcate treceau, electronii ionizați care se curbau în câmpul electric au fost dezvăluiți. Aranjamentul geometric al celor 17000 de fire de câmp și 6125 fire de sens a permis o reconstrucție interactivă spectaculoasă 3D a evenimentelor. [9]

Mașina originală avea aproape 6 metri lungime, cântărea aproximativ 200 de tone și conținea 6 176 fire metalice subțiri dispuse în planuri verticale și orizontale pentru a detecta particulele generate de experiment. [6]

Instrumentul are o formă semicilindrică; este poziționat cu axa geometrică orizontală și cu partea plană în partea de jos. Interiorul instrumentului este aparent gol, dar în realitate conține o rețea de câteva sute de fire subțiri de cupru care au servit ca detectoare ale trecerii particulelor încărcate. Dispozitivele electronice pentru citirea semnalelor care decurg din interacțiunile dintre particulele elementare utilizate în experimente sunt poziționate pe exteriorul instrumentului. [5]

Interiorul detectorului UA1, vizibil la Muzeul Microcosmosului CERN

Întreaga cameră de detecție a UA1 (cea din care face parte instrumentul descris aici) avea o formă cilindrică, avea 5,8 metri lungime și un diametru de 2,3 metri. Așa cum se întâmplă întotdeauna în cazul instrumentelor pentru studiul particulelor elementare, aparatul complet a inclus și o serie de instrumente auxiliare de mare complexitate care au făcut din instrument un obiect cu o dimensiune și o greutate impunătoare de aproximativ 2000 de tone, la momentul în care a fost cea mai mare de acest tip (denumită „cameră de drift”). La fel ca în toți detectorii acestei familii, particulele nu au fost observate direct. Prezența lor a fost dedusă în schimb prin observarea unor fenomene legate de trecerea lor, cum ar fi ionizarea atomilor de gaz cu care au fost umplute camerele de vid din interiorul instrumentului. Electronii eliberați au fost transportați de-a lungul unui câmp electric creat de fire de câmp și conectați pe fire de citire. Aranjarea geometrică a 17000 fire de câmp și 6125 fire de direcție a permis, grație utilizării computerelor electronice cu o putere de calcul enormă, o reprezentare grafică spectaculoasă a evenimentelor atât în ​​3 dimensiuni, cât și interactive. Pentru a le putea recunoaște mai ușor, traiectoriile particulelor încărcate au fost curbate folosind un câmp magnetic de 0,7 tesla (sau de 10.000 de ori mai intens decât al Pământului); au fost apoi măsurate impulsul, semnul sarcinii electrice și rata pierderii de energie (dE / dx). Fasciculele de particule au fost produse și accelerate în interiorul unei mașini speciale numite SPS (Super Proto Sincrotone), un inel de acumulare uriaș de 6,9 ​​km, capabil să accelereze particulele (de obicei protoni și electroni cu antiparticulele respective) până la 400 GeV de energie, adică la viteze foarte apropiate de cea a luminii . [5]

Notă

  1. ^ Curenți neutri și W și Z: o sărbătoare , în CERN Courier , 9 decembrie 2003. Accesat la 1 martie 2014 ( arhivat la 30 decembrie 2010) .
  2. ^ Magnetul UA1 pornește pentru a doua viață nouă , în CERN Courier , 13 martie 2008. Adus 1 martie 2014 ( arhivat 19 martie 2012) .
  3. ^ The W and Z Particles: A Personal Recollection , în CERN Courier , 1 aprilie 2004. Accesat 1 martie 2014 ( arhivat 28 decembrie 2011) .
  4. ^ (RO) Când CERN a văzut sfârșitul alfabetului , CERN Courier, 30 aprilie 2003. Adus la 27 octombrie 2019 ( depus la 27 octombrie 2019).
  5. ^ a b c d Catalog de colecții - detector de particule UA1 [ link rupt ] , pe museoscienza.org . Adus de 15 mai 2016.
  6. ^ a b Secțiunea centrală a detectorului UA1 , pe museoscienza.org . Adus la 15 mai 2016 (Arhivat din original la 23 aprilie 2016) .
  7. ^ Muzeul de neratat - Trasee , pe museoscienza.org . Adus la 15 mai 2016 (Arhivat din original la 9 aprilie 2016) .
  8. ^ Curier CERN: detectorul UA1 , pe cerncourier.com . Adus la 1 martie 2014 (arhivat din original la 1 martie 2014) .
  9. ^ UA1 detector central , la worldwidescience.org . Adus la 27 octombrie 2019 (arhivat din original la 27 octombrie 2019) .

Elemente conexe

Alte proiecte

Fizică Portalul fizicii : accesați intrările Wikipedia care se ocupă cu fizica
Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=UA1&oldid=116866962 ”