Ανακάλυψη των ενδιάμεσων μποζόνιων Ανακάλυψη των ενδιάμεσων μποζόνιων WW±±,Z,Zoo..

ΕΛΕΝΗ ΜΑΓΓΙΩΡΟΥΕΛΕΝΗ ΜΑΓΓΙΩΡΟΥΥΠΕΥΘΥΝΗ ΚΑΘΗΓΗΤΡΙΑ: Κα ΠΑΠΑΔΟΠΟΥΛΟΥΥΠΕΥΘΥΝΗ ΚΑΘΗΓΗΤΡΙΑ: Κα ΠΑΠΑΔΟΠΟΥΛΟΥ

Εισαγωγή:Εισαγωγή:Το Καθιερωμένο ΜοντέλοΤο Καθιερωμένο Μοντέλο περιγράφει τις 4 θεμελιώδεις δυνάμεις : περιγράφει τις 4 θεμελιώδεις δυνάμεις :

τις τις ισχυρέςισχυρές,,

τις τις ασθενείςασθενείς, ,

τις τις ηλεκτρομαγνητικέςηλεκτρομαγνητικές

καθώς και την καθώς και την έλξη της βαρύτηταςέλξη της βαρύτητας

χρησιμοποιώντας τα ενδιάμεσα μποζόνια χρησιμοποιώντας τα ενδιάμεσα μποζόνια βαθμίδαςβαθμίδας, τους , τους φορείςφορείς δηλαδή της εκάστοτε αλληλεπίδρασης. δηλαδή της εκάστοτε αλληλεπίδρασης.

ΌνομαΌνομα ΣύμβολοΣύμβολο Μάζα Μάζα (GeV)(GeV) ΑλληλεπίδρασηΑλληλεπίδραση

ΦωτόνιοΦωτόνιο γγ 00 ΗλεκτρομαγνητικήΗλεκτρομαγνητική

Μποζόνιο Μποζόνιο WW WW±± 80,2280,22 Ασθενής Ασθενής

Μποζόνιο Μποζόνιο ZZ ZZ00 91,1991,19 ΑσθενήςΑσθενής

Γλουόνιο Γλουόνιο gg gg 00 ΙσχυρήΙσχυρή

ΒαρυτόνιοΒαρυτόνιο GG 00 ΒαρυτικήΒαρυτική

Η Ασθενής Πυρηνική Δύναμη:Η Ασθενής Πυρηνική Δύναμη:

Έχει μικρή εμβέλεια, Έχει μικρή εμβέλεια, 1010-16-16cmcm , ,10001000 φορές μικρότερη της ισχυρής φορές μικρότερη της ισχυρής

πυρηνικήςπυρηνικής

Είναι Είναι 1010-4-4 φορές φορές ασθενέστερη της ασθενέστερη της HMHM αλληλεπίδρασης αλληλεπίδρασης

Σε Σε υψηλές ενέργειεςυψηλές ενέργειες η ΗΜ και η ασθενής αλληλεπίδραση έχουν η ΗΜ και η ασθενής αλληλεπίδραση έχουν

την την ίδια ισχύίδια ισχύ

Συμμετέχουν όλα τα Συμμετέχουν όλα τα αριστερόστροφα λεπτόνιααριστερόστροφα λεπτόνια και και κουάρκκουάρκ

Είναι η μόνη δύναμη που Είναι η μόνη δύναμη που επηρεάζειεπηρεάζει τα τα νετρίνανετρίνα

Πιο οικείο αποτέλεσμα της, η Πιο οικείο αποτέλεσμα της, η β – διάσπασηβ – διάσπαση

Συνέχεια...Συνέχεια...

Η Η ασθενής αλληλεπίδρασηασθενής αλληλεπίδραση έχει τις εξής ιδιαιτερότητες: έχει τις εξής ιδιαιτερότητες:

1.1. Είναι η μόνη αλληλεπίδραση ικανή να αλλάξει τους Είναι η μόνη αλληλεπίδραση ικανή να αλλάξει τους

διάφορους διάφορους κβαντικούς αριθμούςκβαντικούς αριθμούς (flavour). (flavour).

2.2. Είναι η μόνη αλληλεπίδραση η οποία παραβιάζει την Είναι η μόνη αλληλεπίδραση η οποία παραβιάζει την

συμμετρία συμμετρία αρτιότητας αρτιότητας PP (επειδή δρα μόνο σε αριστερόστροφα (επειδή δρα μόνο σε αριστερόστροφα

σωματίδια). σωματίδια).

3.3. Είναι επίσης η μοναδική η οποία παραβιάζει τη συμμετρία Είναι επίσης η μοναδική η οποία παραβιάζει τη συμμετρία CPCP. .

4.4. Μεταδίδεται με πολύ βαριά Μεταδίδεται με πολύ βαριά μποζόνια βαθμίδαςμποζόνια βαθμίδας. Αυτή η . Αυτή η

ασυνήθιστη ιδιότητα εξηγείται στο ασυνήθιστη ιδιότητα εξηγείται στο καθιερωμένο μοντέλοκαθιερωμένο μοντέλο μέσω του μέσω του

μηχανισμού μηχανισμού HiggsHiggs. .

Οι βασικές μορφές της ασθενούς Οι βασικές μορφές της ασθενούς αλληλεπίδρασης:αλληλεπίδρασης:

Υπάρχουν τρεις βασικές μορφές της ασθενούς Υπάρχουν τρεις βασικές μορφές της ασθενούς αλληλεπίδρασης. Δύο από αυτές περιλαμβάνουν φορτισμένα αλληλεπίδρασης. Δύο από αυτές περιλαμβάνουν φορτισμένα μποζόνια, ενώ η τρίτη ένα μόνο ουδέτερο μποζόνιο.μποζόνια, ενώ η τρίτη ένα μόνο ουδέτερο μποζόνιο.

Ένα φορτισμένο Ένα φορτισμένο λεπτόνιολεπτόνιο (όπως ένα (όπως ένα ηλεκτρόνιοηλεκτρόνιο ή ένα ή ένα μιόνιομιόνιο) εκπέμπει ή απορροφά ένα ) εκπέμπει ή απορροφά ένα W μποζόνιοW μποζόνιο και μετατρέπεται στο και μετατρέπεται στο αντίστοιχο νετρίνο. αντίστοιχο νετρίνο.

Ένα Ένα down κουάρκdown κουάρκ (με φορτίο -1/3) εκπέμπει ή απορροφά (με φορτίο -1/3) εκπέμπει ή απορροφά ένα ένα W μποζόνιοW μποζόνιο και μετατρέπεται σε μια υπέρθεση και μετατρέπεται σε μια υπέρθεση up κουάρκςup κουάρκς. Το . Το ίδιο μπορεί να συμβεί και αντίστροφα (ένα up κουάρκίδιο μπορεί να συμβεί και αντίστροφα (ένα up κουάρκ μπορεί να μπορεί να μετατραπεί σε υπέρθεση down κουάρκς). μετατραπεί σε υπέρθεση down κουάρκς).

Είτε ένα Είτε ένα λεπτόνιολεπτόνιο είτε ένα είτε ένα κουάρκκουάρκ εκπέμπουν ή απορροφούν εκπέμπουν ή απορροφούν ένα ένα Z μποζόνιοZ μποζόνιο..

Η Ηλεκτροασθενής θεωρία:Η Ηλεκτροασθενής θεωρία:Μια ενοποιημένη θεωρία του Μια ενοποιημένη θεωρία του ΗΜΗΜ και των και των ασθενών ασθενών

αλληλεπιδράσεωναλληλεπιδράσεων από τους από τους Glashow,Glashow, Salam,Salam, WeinbergWeinberg (1968).(1968).

Σε πολύ υψηλές ενέργειες, το σύμπαν έχει τέσσερα Σε πολύ υψηλές ενέργειες, το σύμπαν έχει τέσσερα ταυτόσημα άμαζα ταυτόσημα άμαζα μποζόνια βαθμίδαςμποζόνια βαθμίδας, καθώς και ένα βαθμωτό , καθώς και ένα βαθμωτό πεδίο πεδίο HiggsHiggs..

TTα τέσσερα αυτά μποζόνια περιγράφονται από την ομάδα α τέσσερα αυτά μποζόνια περιγράφονται από την ομάδα των συμμετριών: των συμμετριών:

SUSU(2) × (2) × UU(1) (1)

Βέβαια, σε χαμηλές ενέργειες η συμμετρία Βέβαια, σε χαμηλές ενέργειες η συμμετρία SUSU(2)(2) σπάει σπάει αυθόρμητααυθόρμητα από τον από τον μηχανισμό μηχανισμό HiggsHiggs. .

Αυτό το σπάσιμο της συμμετρίας παράγει τρία άμαζα Αυτό το σπάσιμο της συμμετρίας παράγει τρία άμαζα μποζόνια τα οποία καταλαμβάνονται από τρία πεδία, δίνοντας τους μποζόνια τα οποία καταλαμβάνονται από τρία πεδία, δίνοντας τους μάζα.μάζα.

Αυτά τα τρία πεδία μετατρέπονται στα Αυτά τα τρία πεδία μετατρέπονται στα W W καικαι Ζ μποζόνια Ζ μποζόνια της της ασθενούς αλληλεπίδρασης, ενώ το τέταρτο πεδίο παραμένει άμαζο ασθενούς αλληλεπίδρασης, ενώ το τέταρτο πεδίο παραμένει άμαζο και είναι το γνωστό φωτόνιο του ηλεκτρομαγνητισμού.και είναι το γνωστό φωτόνιο του ηλεκτρομαγνητισμού.

Οι φορείς αλληλεπίδρασης:Οι φορείς αλληλεπίδρασης:

Ένα Ένα Feymann Feymann διάγραμμα για βήτα διάγραμμα για βήτα διάσπαση ενός νετρονίου σε ένα πρωτόνιο, διάσπαση ενός νετρονίου σε ένα πρωτόνιο, ηλεκτρόνιο, και ένα αντινετρίνο ηλεκτρονίου ηλεκτρόνιο, και ένα αντινετρίνο ηλεκτρονίου μέσω ενός ενδιάμεσου μέσω ενός ενδιάμεσου WW μποζονίου. μποζονίου.

Όλοι οι φορείς Όλοι οι φορείς είναι είναι μποζόνια:μποζόνια:

1.1. φέρουν φέρουν ακέραιοακέραιο σπιν σπιν

2.2. υπόκεινται στην υπόκεινται στην στατιστική στατιστική Bose-EinsteinBose-Einstein..

3.3. δεν υπακούουν στην δεν υπακούουν στην απαγορευτική αρχή του απαγορευτική αρχή του PauliPauli

4.4. ισχύει η ισχύει η αρχήαρχή απροσδιοριστίας του απροσδιοριστίας του HeisenbergHeisenberg::

ΔΕ ΔΔΕ Δt t = = hh/2π/2π

W W Μποζόνιο:Μποζόνιο:

Το μποζόνιο W:Το μποζόνιο W: ονομάστηκε έτσι από την ονομάστηκε έτσι από την

ασθενή (ασθενή (weakweak) πυρηνική ) πυρηνική δύναμηδύναμη

Υπάρχουν δύο είδη μποζονίων Υπάρχουν δύο είδη μποζονίων W με W με ηλεκτρικό φορτίοηλεκτρικό φορτίο +1 και +1 και −1−1

Το WΤο W++ είναι το είναι το αντισωματίδιο αντισωματίδιο του Wτου W−−

έχει έχει μάζαμάζα 80.4  GeV/c 80.4  GeV/c22 έχει έχει σπινσπιν μονάδα μονάδα και και χρόνο ζωήςχρόνο ζωής γύρω στα γύρω στα

3 × 103 × 10−25−25 secsec..

Συνέχεια …Συνέχεια …

Η εκπομπή ενός WΗ εκπομπή ενός W++ ή W ή W–– μποζονίου μπορεί να μποζονίου μπορεί να αυξήσειαυξήσει ή να ή να μειώσειμειώσει το το ηλεκτρικό ηλεκτρικό φορτίοφορτίο του σωματιδίου που το του σωματιδίου που το εκπέμπει εκπέμπει κατά 1κατά 1 μονάδα μονάδα (σε (σε ηλεκτρικές μονάδες) και να ηλεκτρικές μονάδες) και να αλλάξει αλλάξει το το σπινσπιν επίσης επίσης κατά 1 κατά 1 μονάδαμονάδα. Ταυτόχρονα, ένα W . Ταυτόχρονα, ένα W μποζόνιο μπορεί να μποζόνιο μπορεί να αλλάξειαλλάξει τη τη γενιά ενός σωματιδίουγενιά ενός σωματιδίου, να , να αλλάξει για παράδειγμα ένα αλλάξει για παράδειγμα ένα uu κουάρκκουάρκ σε ένα σε ένα dd κουάρκ κουάρκ. .

ΖΖ Μποζόνιο:Μποζόνιο:

Το μποζόνιο Z (ή ZΤο μποζόνιο Z (ή Zοο) :) : Πήρε το όνομά του με Πήρε το όνομά του με

χιουμοριστικό τρόπο, καθώς χιουμοριστικό τρόπο, καθώς θεωρούνταν το τελευταίο θεωρούνταν το τελευταίο σωματίδιο που έμενε να σωματίδιο που έμενε να ανακαλυφθείανακαλυφθεί

είναι ηλεκτρικά είναι ηλεκτρικά ουδέτεροουδέτερο και ταυτίζεται με το και ταυτίζεται με το αντι-αντι-

σωματίδιο σωματίδιο τουτου έχει έχει μάζα μάζα 91.2 GeV/c91.2 GeV/c22 έχει έχει σπινσπιν μονάδα μονάδα και και χρόνο ζωήςχρόνο ζωής γύρω στα γύρω στα

3 × 103 × 10−25−25 secsec..

Συνέχεια …Συνέχεια …

Το ZΤο Zoo μποζόνιο μπορεί μποζόνιο μπορεί να να αλλάξειαλλάξει μόνο το μόνο το σπινσπιν και και την την ορμήορμή, επομένως , επομένως δενδεν αλλάζει ποτέ τη αλλάζει ποτέ τη γενιά γενιά ή τη ή τη γεύσηγεύση του σωματιδίου που το του σωματιδίου που το εκπέμπει.εκπέμπει.

OOι ι διασπάσεις διασπάσεις του του ΖΖ σε δύο φορτισμένα σωματίδια σε δύο φορτισμένα σωματίδια είναι είναι πιο εύκολοπιο εύκολο να να ανιχ-ανιχ-νευθούννευθούν γιατί μπορούν να γιατί μπορούν να μετρηθούν ταυτόχρονα οι μετρηθούν ταυτόχρονα οι ορμές και των δύο λεπτονίωνορμές και των δύο λεπτονίων

Η πρώτη πειστική ένδειξη...Η πρώτη πειστική ένδειξη...Το Το 19731973,, στο στο CERNCERN, , παρατηρήθηκαν παρατηρήθηκαν

ουδέτερες αλληλεπιδράσεις.ουδέτερες αλληλεπιδράσεις.

Στον τεράστιο θάλαμο φυσαλίδων, Στον τεράστιο θάλαμο φυσαλίδων, GargamelleGargamelle , , φωτογραφήθηκαν μερικά φωτογραφήθηκαν μερικά ηλεκτρόνια τα οποία άρχισαν ξαφνικά να ηλεκτρόνια τα οποία άρχισαν ξαφνικά να κινούνται. κινούνται.

Αυτό ερμηνεύθηκε ως ένα Αυτό ερμηνεύθηκε ως ένα νετρίνονετρίνο, που , που αλληλεπιδρά με το ηλεκτρόνιο μέσω αλληλεπιδρά με το ηλεκτρόνιο μέσω ανταλλαγής ενός ανταλλαγής ενός αόρατου μποζονίου Ζαόρατου μποζονίου Ζ. .

Στη φωτογραφία, ένα Στη φωτογραφία, ένα neutrino υψηλής ενέργειας έχει neutrino υψηλής ενέργειας έχει περάσει μέσα από τον θάλαμο περάσει μέσα από τον θάλαμο φυσαλίδων Gargamelle, το ίδιο φυσαλίδων Gargamelle, το ίδιο απαρατήρητο, αλλά στο πέρασμά απαρατήρητο, αλλά στο πέρασμά τουτου καθορίζει την κίνηση των καθορίζει την κίνηση των άλλων σωματιδίων.άλλων σωματιδίων.

Η θεωρητική πρόβλεψη:Η θεωρητική πρόβλεψη:

Η θεωρητική πρόβλεψη για τις μάζες:Η θεωρητική πρόβλεψη για τις μάζες:

MMWW=38.5/sin=38.5/sinθθWW και και MMΖΖ=M=MWW//coscosθθWW

Marciano & Parsa (Marciano & Parsa (Nucl. Phys.Nucl. Phys. 1982): sin1982): sin22θθWW=0.215 =0.215 ±± 0.014 0.014

Άρα:Άρα:

MMWW = 83.0 = 83.0 ± ± 3.0 GeV/c3.0 GeV/c22

MMZZ = 93.8 = 93.8 ±± 2.5 GeV/c 2.5 GeV/c22

90 φορές η90 φορές η μάζα πρωτονίουμάζα πρωτονίου

......διάσπαση…διάσπαση…

Στην πράξη όμως…Στην πράξη όμως…Ο φυσικός Ο φυσικός Carlo Carlo

RubbiaRubbia ξεκίνησε τη μελέτη των ξεκίνησε τη μελέτη των αντιπρωτωνίων το αντιπρωτωνίων το 19761976 με τη με τη συμμετοχή, βέβαια, περίπου συμμετοχή, βέβαια, περίπου 130 φυσικών130 φυσικών από από 13 13 ερευνητικά κέντραερευνητικά κέντρα, μέχρι τις , μέχρι τις ανακαλύψεις των ανακαλύψεις των WW και Ζ. και Ζ.

Για την επίτευξη ενεργειών Για την επίτευξη ενεργειών αρκετά υψηλών για την παραγωγή αρκετά υψηλών για την παραγωγή αυτών των σωμάτιων, ο αυτών των σωμάτιων, ο RubbiaRubbia πρότεινεπρότεινε στο στο CERNCERN, ένα ριζικά , ένα ριζικά διαφορετικό σχεδιασμό επιταχυντή, διαφορετικό σχεδιασμό επιταχυντή, τον δακτύλιο συγκρούσεων τον δακτύλιο συγκρούσεων πρωτονίων – αντιπρωτονίων.πρωτονίων – αντιπρωτονίων.

Κατά τη Κατά τη σύγκρουσησύγκρουση των δύο των δύο δεσμών η δεσμών η συνολική ενέργειασυνολική ενέργεια στο στο κέντρο μάζαςκέντρο μάζας είναι είναι μεγάλημεγάλη ενώ η ενώ η ορμήορμή του συστήματος του συστήματος μηδένμηδέν. . Επομένως Επομένως όλη όλη η η ενέργειαενέργεια είναι είναι διαθέσιμη να μετατραπεί διαθέσιμη να μετατραπεί σε σε μάζαμάζα..

Στα υπάρχοντα σύγχροτρα Στα υπάρχοντα σύγχροτρα πρωτονίων μπορούν να πρωτονίων μπορούν να επιταχυνθούν ταυτόχρονα επιταχυνθούν ταυτόχρονα αντι-αντι-πρωτόνιαπρωτόνια με με πρωτόνιαπρωτόνια και να και να κινηθούν σε κινηθούν σε πολύ κοντινές πολύ κοντινές αποστάσειςαποστάσεις, αλλά με , αλλά με αντίθετες αντίθετες τροχιέςτροχιές..

Επειδή όμως τα Επειδή όμως τα quarksquarks και τα και τα γλουόνιαγλουόνια που που συμμετέχουν φέρουν ένα συμμετέχουν φέρουν ένα τμήμα της τμήμα της ενέργειαςενέργειας του του πρωτονίου πρωτονίου χρειαζόμαστε μιαχρειαζόμαστε μια σύγκρουση σύγκρουση πρωτονίου 270 πρωτονίου 270 GeVGeV με με αντιπρωτόνιο 270 αντιπρωτόνιο 270 GeVGeV, ώστε η διαθέσιμη , ώστε η διαθέσιμη ενέργεια όταν ένα ενέργεια όταν ένα quarkquark από από το πρωτόνιο εξαϋλώνει ένα το πρωτόνιο εξαϋλώνει ένα antiquarkantiquark από το από το αντιπρωτόνιο να είναι αρκετή αντιπρωτόνιο να είναι αρκετή για την παραγωγή σωμα-για την παραγωγή σωμα-τιδίων περίπου τιδίων περίπου 80 – 90 80 – 90 GeVGeV..

Όμως ήταν απαραίτητη η Όμως ήταν απαραίτητη η παραγωγήπαραγωγή και η και η αποθήκευση αποθήκευση υψηλής ενέρ-υψηλής ενέρ-γειας δεσμώνγειας δεσμών αντι- αντι-πρωτονίων.πρωτονίων.

Μια δέσμη Μια δέσμη πρωτονίων πρωτονίων 2828GeVGeV από ένα μικρότερο από ένα μικρότερο σύγχροτρο σύγχροτρο PS PS σε στόχο σε στόχο βολφραμίου μας έδινε βολφραμίου μας έδινε 1 1 αντιπρωτόνιοαντιπρωτόνιο κάθε κάθε ένα ένα εκατομμύριοεκατομμύριο γεγονότα. γεγονότα.

Οδηγούνται σε ένα Οδηγούνται σε ένα δακτύλιο από μαγνήτες δακτύλιο από μαγνήτες ((Antiproton AccumulatorAntiproton Accumulator) ) στα 3,5 στα 3,5 GeVGeV..

Μετά από Μετά από 1010hh έχουμε έχουμε περίπου περίπου 10101111 αντι- αντι-πρωτόνιαπρωτόνια..

Εικόνα σύγκρουσης Εικόνα σύγκρουσης πρωτονίων – αντιπρωτονίων πρωτονίων – αντιπρωτονίων ενέργειας ενέργειας 540 GeV. 540 GeV.

ΌμωςΌμως τα αντιπρωτόνια έχουν τα αντιπρωτόνια έχουν ευρύευρύ φάσμα σχετικιστικής ορμής φάσμα σχετικιστικής ορμής και και θα χαθούν αν οδηγηθούν απευθείας θα χαθούν αν οδηγηθούν απευθείας στο σύγχροτρο. στο σύγχροτρο.

Ο μηχανισμός στοχαστικής ψύξης...Ο μηχανισμός στοχαστικής ψύξης...

Simon van der MeerSimon van der Meer, , αρχιτέκτονας της πορείας της αρχιτέκτονας της πορείας της στοχαστικής «ψύξης», που άνοιξε στοχαστικής «ψύξης», που άνοιξε τον δρόμο για το έργο antiproton τον δρόμο για το έργο antiproton CERN.CERN.

ΗΗ τεχνική τεχνική της της ψύξηςψύξης παίρνει παίρνει

το όνομά της από τη το όνομά της από τη σχέση σχέση μεταξύ μεταξύ

της της θερμοκρασίαςθερμοκρασίας και της και της ενέργειαςενέργειας

των σωματιδίων. Ωστόσο η πορεία των σωματιδίων. Ωστόσο η πορεία

της ψύξης της ψύξης δεν αναφέρεταιδεν αναφέρεται σε σε μια μια

διαδικασίαδιαδικασία με την οποία με την οποία μειώνονται μειώνονται

όλεςόλες τις τις ενέργειες ενέργειες των σωματιδίων σε των σωματιδίων σε

μια ακτίνα (έτσι ώστε η δέσμη να μια ακτίνα (έτσι ώστε η δέσμη να

γίνεται «κρύα»), αλλά για μια γίνεται «κρύα»), αλλά για μια

διαδικασία η οποία μειώνει (ή διαδικασία η οποία μειώνει (ή

«δροσίζει»), τη διάδοση της «δροσίζει»), τη διάδοση της

ενέργειας των σωματιδίων γύρω από ενέργειας των σωματιδίων γύρω από

μια μια επιθυμητή τιμήεπιθυμητή τιμή. .

Η σημασία μιας τέτοιας Η σημασία μιας τέτοιας

ψύξης είναι ότι ένα ψύξης είναι ότι ένα δαχτυλίδι δαχτυλίδι

αποθήκευσηςαποθήκευσης θα δεχθεί και θα θα δεχθεί και θα

διατηρήσει μόνο ένα διατηρήσει μόνο ένα μικρό φάσμαμικρό φάσμα

της ενεργειακής αξίας γύρω από την της ενεργειακής αξίας γύρω από την

επιθυμητή τιμή. επιθυμητή τιμή.

Αν τα αντιπρωτόνια με Αν τα αντιπρωτόνια με

αρχικά αρχικά ευρύ φάσμαευρύ φάσμα των πηγών των πηγών

ενέργειας μπορεί να ενέργειας μπορεί να ψυχθούν ψυχθούν μέσα μέσα

στο μικρό διάστημα του δακτυλίου στο μικρό διάστημα του δακτυλίου

αποθήκευσης, με αποτέλεσμα τη αποθήκευσης, με αποτέλεσμα τη

μείωσημείωση της της τυχαίας κίνησηςτυχαίας κίνησης των των

σωματιδίων της δέσμης, τότε σωματιδίων της δέσμης, τότε

έντονες δέσμες αντιπρωτονίωνέντονες δέσμες αντιπρωτονίων

μπορούν να καταστούν μπορούν να καταστούν εφικτέςεφικτές. .

Η διαδικασία…Η διαδικασία… Τα Τα πρωτόνιαπρωτόνια επι- επι-

ταχύνονται στο ταχύνονται στο PS PS στα στα 2828GeVGeV

και μεταφέρονται στο και μεταφέρονται στο SPSSPS

Τα Τα αντιπρωτόνιααντιπρωτόνια μετα- μετα-

φέρονται από το φέρονται από το AA AA στο στο PSPS, ,

όπου επιταχύνονται από τα όπου επιταχύνονται από τα 3,53,5

στα στα 2828GeVGeV και μεταφέρονται στο και μεταφέρονται στο

SPSSPS

Στο Στο SPS SPS οι δύο δέσμες οι δύο δέσμες

που περιστρέφονται αντίθετα επι-που περιστρέφονται αντίθετα επι-

ταχύνονται από τα 28 στα ταχύνονται από τα 28 στα

270270GeVGeV

Η διαδικασία…Η διαδικασία… Οι δύοΟι δύο δέσμες δέσμες οδη-γούνται σε οδη-γούνται σε σύγκρουσησύγκρουση σε σε

συγκεκριμένα σημεία όπου συγκεκριμένα σημεία όπου υπάρχουν ανιχνευτέςυπάρχουν ανιχνευτές, ,

κάτω από την επιφάνεια της γης (κάτω από την επιφάνεια της γης (underground underground

areas,areas, UA)UA)

Οι συγκρούσειςΟι συγκρούσεις με με μόρια αερίουμόρια αερίου που έχουν που έχουν

ξεμείνει στον αγωγό και άλλες διεργασίες οδηγούν ξεμείνει στον αγωγό και άλλες διεργασίες οδηγούν

στην στην εξασθένιση εξασθένιση της δέσμης μετά από περίπου της δέσμης μετά από περίπου 24 24

ώρεςώρες. .

Αφού ταΑφού τα μποζόνια μποζόνια WW,, Z Z παράγονται σε παράγονται σε ηρεμίαηρεμία, τα , τα λεπτόνιαλεπτόνια που παράγονται από που παράγονται από τη διάσπασή τους θα έχουν τη διάσπασή τους θα έχουν ίσεςίσες και και αντίθετες ορμέςαντίθετες ορμές. .

Οι μάζες τους είναι Οι μάζες τους είναι μικρές άρα έχουμε σχετικιστική μικρές άρα έχουμε σχετικιστική κινηματική:κινηματική:

Ε=Ε=pc=pc=((1/21/2))McMc22

αναμενόταν περίπου αναμενόταν περίπου 4040GeVGeV

Έτσι η πειραματική μεταβλητή Έτσι η πειραματική μεταβλητή που που μετριέται μετριέται είναι η συνιστώσα της είναι η συνιστώσα της ενέργειαςενέργειας που είναι που είναι εγκάρσια εγκάρσια στον στον άξονα της άξονα της δέσμηςδέσμης, όπου τα τυχαία, όπου τα τυχαία γεγονότα υποστρώματος (γεγονότα υποστρώματος (backgroundbackground) ) είναι πολύ λίγαείναι πολύ λίγα::

ΕΕττ = Ε = Εsinsinθ θ

Άλλα λεπτόνια που Άλλα λεπτόνια που προέρχονται, για παράδειγμα από προέρχονται, για παράδειγμα από διασπάσεις αδρονίων, έχουν πολύ διασπάσεις αδρονίων, έχουν πολύ μικρότερεςμικρότερες τιμές της τιμές της ΕΕτ τ ≈ ≈ 4040GeVGeV . .

Η υπογραφή ενός σωματιδίου W, όπως καταγράφεται στο UA2 ανιχνευτή. Ένας μοναδικός υψηλός εγκάρσιος πύργος ηλεκτρονίων με ορμή πάνω από ένα άγονο τοπίο.

Ο Ανιχνευτής...Ο Ανιχνευτής...

Ο ανιχνευτής, λοιπόν έπρεπε να έχει τα εξής στοιχεία:Ο ανιχνευτής, λοιπόν έπρεπε να έχει τα εξής στοιχεία:

1.1. Ανιχνευτές ίχνουςΑνιχνευτές ίχνους στο κέντρο για να παρατηρηθούν τα στο κέντρο για να παρατηρηθούν τα φορτισμένα σωμάτια μέσα σε μαγνητικό πεδίο.φορτισμένα σωμάτια μέσα σε μαγνητικό πεδίο.

2.2. ΗΜΗΜ θερμιδόμετρα καταιγισμούθερμιδόμετρα καταιγισμού για να μετρήσουν τα για να μετρήσουν τα ηλεκτρόνια και τα φωτόνια.ηλεκτρόνια και τα φωτόνια.

3.3. Ανιχνευτές αδρονίωνΑνιχνευτές αδρονίων, (αδρονικά , (αδρονικά θερμιδόμετρα), για να μετρηθούν θερμιδόμετρα), για να μετρηθούν οι αδρονικοί πίδακεςοι αδρονικοί πίδακες

4.4. Ειδικούς Ειδικούς ανιχνευτέςανιχνευτές για την για την αναγνώριση των αναγνώριση των μιονίωνμιονίων, τα , τα οποία βγαίνουν προς τα έξω.οποία βγαίνουν προς τα έξω.

Ο Ανιχνευτής...Ο Ανιχνευτής...

Τα Τα φορτισμένα σωμα-φορτισμένα σωμα-τίδιατίδια που διασχίζουν το που διασχίζουν το αέριο αέριο ιονίζουν ιονίζουν τα μόρια και τα μόρια και αυτά τα ιόντα οδηγούνται αυτά τα ιόντα οδηγούνται στα σύρματα. Διαβάζουμε στα σύρματα. Διαβάζουμε τους παλμούς από τα τους παλμούς από τα 6000 6000 καθοδικά καλώδιακαθοδικά καλώδια (με (με ηλεκτρονική ενίσχυση)ηλεκτρονική ενίσχυση)

Γύρω από τον αγωγό της δέσμης υπάρχει ο κεντρικός Γύρω από τον αγωγό της δέσμης υπάρχει ο κεντρικός ανιχνευτής που αποτελείται από ανιχνευτής που αποτελείται από drift chambersdrift chambers σε σε ημικυλινδρικά τμήματαημικυλινδρικά τμήματα

Μέσα σε κάθε θάλαμο υπάρχουνΜέσα σε κάθε θάλαμο υπάρχουν επίπεδα επίπεδα με με καλώδια καλώδια σε σε διαστήματα 0,2 διαστήματα 0,2 mm σε δυναμικό 30 σε δυναμικό 30kVkV. Το ενδιάμεσο αέριο είναι . Το ενδιάμεσο αέριο είναι αιθάνιο/αργόαιθάνιο/αργό σε 1 σε 1atm.atm.

Ο Ανιχνευτής...Ο Ανιχνευτής...

Ένα πηνίο Ένα πηνίο Helmholtz Helmholtz αλουμινίου γύρω από τον αλουμινίου γύρω από τον κεντρικό ανιχνευτή παρέχει κεντρικό ανιχνευτή παρέχει μαγνητικό πεδίο 0,7 Τ.μαγνητικό πεδίο 0,7 Τ.

Από τις καμπύλες Από τις καμπύλες τροχιές των φορτισμένων τροχιές των φορτισμένων σωματιδίων λόγω του σωματιδίων λόγω του μαγνητικού πεδίου, μπο-μαγνητικού πεδίου, μπο-ρούμε να υπολογίσουμε την ρούμε να υπολογίσουμε την ορμή (και την ενέργεια) των ορμή (και την ενέργεια) των σωματιδίων.σωματιδίων.

Γύρω από τον Γύρω από τον κεντρικό ανιχνευτή υπάρ-κεντρικό ανιχνευτή υπάρ-χουν διάφορα στρώματα χουν διάφορα στρώματα που ξεχωρίζουν κάθε είδος που ξεχωρίζουν κάθε είδος σωματιδίου…σωματιδίου…

ΤΤoo πείραμα πείραμα UA1 UA1...... Το πείραμα Το πείραμα UA1UA1 με συντονιστή με συντονιστή

τον τον Carlo RubbiaCarlo Rubbia και με σχεδόν και με σχεδόν 130 130

συνεργάτεςσυνεργάτες ξεκίνησε τον Ιανουάριο ξεκίνησε τον Ιανουάριο 1979 1979 στοστο CERNCERN. .

Ο Ο UA1 UA1 κεντρικός ανιχνευτής κεντρικός ανιχνευτής ήταν ζωτικής σημασίας για την ήταν ζωτικής σημασίας για την κατανόηση της πολύπλοκης κατανόηση της πολύπλοκης τοπολογίας των γεγονότων τοπολογίας των γεγονότων πρωτονίων-αντιπρωτονίων. Έπαιξε πρωτονίων-αντιπρωτονίων. Έπαιξε ένα πολύ ένα πολύ σημαντικό ρόλοσημαντικό ρόλο στον στον προσδιορισμόπροσδιορισμό των των WW και και ZZ μεταξύ μεταξύ των δισεκατομμυρίων των δισεκατομμυρίων

των συγκρούσεων.των συγκρούσεων. Στις 25 Ιανουαρίου 1983, Στις 25 Ιανουαρίου 1983, στο CERN πραγματοποιείται η στο CERN πραγματοποιείται η συνέντευξη τύπου για την συνέντευξη τύπου για την ανακοίνωση της ανακάλυψης των ανακοίνωση της ανακάλυψης των σωματιδίων W. σωματιδίων W.

ΤΤoo πείραμα πείραμα UA1 UA1...... Ο ανιχνευτής αποτελείται από 6 Ο ανιχνευτής αποτελείται από 6 κυλινδρικούς θαλάμους συνολικού μήκους κυλινδρικούς θαλάμους συνολικού μήκους 5,8 m5,8 m και διαμέτρου και διαμέτρου 2,3 m2,3 m, η μεγαλύτερη , η μεγαλύτερη

απεικόνιση drift απεικόνιση drift chamberchamber εκείνης της εκείνης της

εποχής. Καταγράφει τις εποχής. Καταγράφει τις τροχιές των τροχιές των φορτισμένων σωματιδίωνφορτισμένων σωματιδίων, αφού πρώτα , αφού πρώτα καμφθούν σε μαγνητικό πεδίο 0,7 Tesla. καμφθούν σε μαγνητικό πεδίο 0,7 Tesla. Ακόμη Ακόμη μετρείταιμετρείται η η ορμήορμή τους, το τους, το πρόσημοπρόσημο του του ηλεκτρικού φορτίουηλεκτρικού φορτίου τους και τους και το το ποσοστό ποσοστό τους τους απωλειών ενέργειαςαπωλειών ενέργειας (dE / (dE / dx).dx).

Ο Ο UA1 UA1 Ανιχνευτής Ανιχνευτής ήταν ένας ήταν ένας τεράστιος και πολύπλοκος ανι-τεράστιος και πολύπλοκος ανι-χνευτής. Είχε σχεδιαστεί ως χνευτής. Είχε σχεδιαστεί ως ανιχνευτής γενικής και πολλαπλής ανιχνευτής γενικής και πολλαπλής χρήσης. χρήσης.

ΤΤoo πείραμα πείραμα UA1 UA1......

Carlo RubbiaCarlo Rubbia στον στον UA1 UA1 ανιχνευτή ανιχνευτή

Η πλήρωση των θαλάμων Η πλήρωση των θαλάμων γίνεται από ένα μείγμα αερίων αργού γίνεται από ένα μείγμα αερίων αργού – αιθάνιου, των οποίων τα άτομα – αιθάνιου, των οποίων τα άτομα ιονίζονται από το πέρασμα των ιονίζονται από το πέρασμα των φορτισμένων σωματιδίων. Τα φορτισμένων σωματιδίων. Τα ηλεκτρόνια που παρήχθησαν ηλεκτρόνια που παρήχθησαν δημιουργούν ένα ηλεκτρικό πεδίο δημιουργούν ένα ηλεκτρικό πεδίο που διαμορφώνεται από τα επίπεδα που διαμορφώνεται από τα επίπεδα σύρματα και συγκεν-τρώνεται στα σύρματα και συγκεν-τρώνεται στα ευαίσθητα σύρματα. Η γεωμετρική ευαίσθητα σύρματα. Η γεωμετρική διάταξη των 17000 επίπεδων διάταξη των 17000 επίπεδων καλωδίων κα των 6125 ευαίσθητων καλωδίων κα των 6125 ευαίσθητων καλωδίων επέτρεψε μια θεαματική 3-καλωδίων επέτρεψε μια θεαματική 3-DD απεικόνιση των απεικόνιση των ανακατασκευασμένων φυσικών ανακατασκευασμένων φυσικών γεγονότων που παρήχθησαν.γεγονότων που παρήχθησαν.

ΤΤoo πείραμα πείραμα UA UA2...2...

Το πείραμα Το πείραμα UAUA22 με με συντονιστή τον συντονιστή τον Pierre Darriulat Pierre Darriulat και με και με σχεδόν σχεδόν 660 συνεργάτες0 συνεργάτες ξεκίνησε τον ξεκίνησε τον ΙούλιοΙούλιο 1979 1979 στοστο CERNCERN. .

Στο κεντρικό θερμιδόμετρο Στο κεντρικό θερμιδόμετρο του UA2 μετριέται η ενέργεια των του UA2 μετριέται η ενέργεια των μεμονωμένων σωματιδίων που μεμονωμένων σωματιδίων που δημιουργήθηκαν σε συγκρούσεις δημιουργήθηκαν σε συγκρούσεις πρωτονίων-αντιπρωτονίων. πρωτονίων-αντιπρωτονίων. Απαιτείται ακριβής βαθμονόμησηΑπαιτείται ακριβής βαθμονόμηση,, έτσι έτσι ώστε να επιτρέπεται να μετρηθούν οι ώστε να επιτρέπεται να μετρηθούν οι W και Ζ μάζες που πρέπει να έχουν W και Ζ μάζες που πρέπει να έχουν ακρίβεια της τάξης του 1%.ακρίβεια της τάξης του 1%.

Pierre Darriulat,Pierre Darriulat, εκπρό εκπρό--σωπος του σωπος του UA2UA2 πειράματος. πειράματος.

ΤΤoo πείραμα πείραμα UA UA2...2...Το θερμιδόμετρο έχει 24 Το θερμιδόμετρο έχει 24

κομμάτια, κάθε ένα από αυτά ζυγίζει 4 κομμάτια, κάθε ένα από αυτά ζυγίζει 4 τόνους. Τα κομμάτια αυτά τόνους. Τα κομμάτια αυτά οργανώθηκαν σαν τμήματα από οργανώθηκαν σαν τμήματα από πορτοκάλι γύρω από το σημείο πορτοκάλι γύρω από το σημείο σύγκρουσης. Εισερχόμενα σωμα-τίδια σύγκρουσης. Εισερχόμενα σωμα-τίδια παράγουν καταιγισμούς δευτερογενών παράγουν καταιγισμούς δευτερογενών σωματιδίων στα στρώματα βαρέων σωματιδίων στα στρώματα βαρέων υλικών. Αυτοί οι καταιγισμοί περνούν υλικών. Αυτοί οι καταιγισμοί περνούν από τα στρώματα πλαστικού από τα στρώματα πλαστικού σπινθηριστή, δημιουργώντας φως, το σπινθηριστή, δημιουργώντας φως, το οποίο λαμβάνεται και καθοδηγείται οποίο λαμβάνεται και καθοδηγείται στην ηλεκτρονική συλλογή των στην ηλεκτρονική συλλογή των δεδομένων. Το ποσό του φωτός είναι δεδομένων. Το ποσό του φωτός είναι ανάλογο με την ενέργεια του αρχικού ανάλογο με την ενέργεια του αρχικού σωματιδίου.σωματιδίου.

Ο UA2 ανιχνευτής, ο Ο UA2 ανιχνευτής, ο οποίος είχε έναν πιο εστιασμένο οποίος είχε έναν πιο εστιασμένο σχεδιασμό, και ήταν πιο σχεδιασμό, και ήταν πιο συμπαγής από τον UA1 συμπαγής από τον UA1 ανιχνευτή. ανιχνευτή.

ΤΤoo πείραμα πείραμα UA UA2...2...

Το εσωτερικό του Το εσωτερικό του αποτελείται από 23 εκατοστά αποτελείται από 23 εκατοστά μόλυβδου και πλαστικού σε μόλυβδου και πλαστικού σε μορφή σάντουιτς για την μορφή σάντουιτς για την μέτρηση των ηλεκτρονίων και μέτρηση των ηλεκτρονίων και φωτονίων. Το εξωτερικό του φωτονίων. Το εξωτερικό του αποτελείται από 80 εκατοστά αποτελείται από 80 εκατοστά σιδήρου και πλαστικού σε σιδήρου και πλαστικού σε μορφή σάντουιτς όπου μορφή σάντουιτς όπου μετρούνται τα αδρόνια, που μετρούνται τα αδρόνια, που αλληλεπιδρούν έντονα. αλληλεπιδρούν έντονα.

Ο Ο UA2UA2 ανιχνευτής, δείχνει ανιχνευτής, δείχνει τα τέλεια διαστήματα τα τέλεια διαστήματα σπινθηριστών στον κεντρικό σπινθηριστών στον κεντρικό ανιχνευτή και τα μεγάλα μαγνητικά ανιχνευτή και τα μεγάλα μαγνητικά φασματόμετρα και στις δύο φασματόμετρα και στις δύο πλευρές. πλευρές.

Μεγάλη επιτυχία στην Φυσική Μεγάλη επιτυχία στην Φυσική Υψηλών Ενεργειών !!!!Υψηλών Ενεργειών !!!!

Σωστές μάζεςΣωστές μάζες Ασυμμετρία Ασυμμετρία W W διάσπασηςδιάσπασης Σωστοί ρυθμοί παραγωγής.Σωστοί ρυθμοί παραγωγής. Τεχνολογικός ΘρίαμβοςΤεχνολογικός Θρίαμβος Επιβεβαίωση του Επιβεβαίωση του Standard ModelStandard Model

Ανοίγει ο δρόμος για την ενοποίηση Ανοίγει ο δρόμος για την ενοποίηση όλων των δυνάμεων !!!!!!όλων των δυνάμεων !!!!!!

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ:ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ: II.. Δ. ΒΕΡΓΑΔΟΣ, Η ΤΡΙΑΝΤΑΦΥΛΛΟΠΟΥΛΟΣ, Εισαγωγή στα Δ. ΒΕΡΓΑΔΟΣ, Η ΤΡΙΑΝΤΑΦΥΛΛΟΠΟΥΛΟΣ, Εισαγωγή στα

στοιχειώδη σωματίδια και την κοσμολογίαστοιχειώδη σωματίδια και την κοσμολογία D. Η. PEPD. Η. PEPKKINS, Εισαγωγή στη φυσική υψηλών ενεργειώνINS, Εισαγωγή στη φυσική υψηλών ενεργειών W.W. N. COTTINGHAM &N. COTTINGHAM & DD. . A. GREENWOOD A. GREENWOOD Εισαγωγή στην πυρηνική Εισαγωγή στην πυρηνική

φυσικήφυσική hhttp:ttp:////nobelprizenobelprize..oorgrg/nobe/nobel_l_ prizes/physics prizes/physics/l/laureates/1aureates/1984/984/ hhttp:ttp:////cerncourier.comcerncourier.com//cwscws//articlearticle//cem/29053cem/29053 public. web. cepublic. web. cernrn. . cchh//public/public/ cecernrn-discoveries. web. cern. Ch-discoveries. web. cern. Ch//cecernrn-discoveries/Story-discoveries/Story//UΑUΑ11. html. html www.hep.phy.cam.ac.ukwww.hep.phy.cam.ac.uk//history/ua2/history/ua2/ http://cern-discoveries.web.cern.ch/cern-discoveries/Courier/http://cern-discoveries.web.cern.ch/cern-discoveries/Courier/

HeavyLight/Heavylight.htmlHeavyLight/Heavylight.html http:/ /www.physics4u.gr/articles/2002/weak.htmlhttp:/ /www.physics4u.gr/articles/2002/weak.html http://www.symmetrymagazine.org/cms/http://www.symmetrymagazine.org/cms/ http://www.everything2.com/index.pl?node=Z%20particlehttp://www.everything2.com/index.pl?node=Z%20particle http://www.livepedia.grhttp://www.livepedia.gr http://el.wikipedia.orgrhttp://el.wikipedia.orgr http://cern-discoveries.web.cern.ch/cern-discoveries/http://cern-discoveries.web.cern.ch/cern-discoveries/