4. LEP
Ο Μεγάλοσ Επιταχυντισ υγκρουόμενων
Δεςμϊν Ηλεκτρονίων Ποηιτρονίων (LEP)
Ο LEP ιταν ζνασ κυκλικόσ επιταχυντισ με
περιφζρεια 27 χιλιομζτρων, χτίςτθκε ςε
μια ςιραγγα επικαλυπτόμενθ τα ςφνορα
τθσ Ελβετίασ και Γαλλίασ .
Χρθςιμοποιικθκε από το 1989 μζχρι το
2000. Μζχρι ςιμερα, ο LEP είναι ο πιο
ιςχυρόσ επιταχυντισ που καταςκευάςτθκε
ποτζ.
5. Όταν ο επιταχυντισ LEP άρχιςε να λειτουργεί τον
Αφγουςτο του 1989 επιτάχυνε τα θλεκτρόνια και τα
ποηιτρόνια ςε μια ςυνολικι ενζργεια των 45 GeV για
να ενεργοποιιςει κάκε παραγωγι του μποηονίου Z , ο
οποίοσ ζχει μάηα 91 GeV. [1] Ο επιταχυντισ
αναβακμίςτθκε αργότερα για να καταςτεί δυνατι θ
παραγωγι από ζνα ηεφγοσ μποηονίων W, με κάκε μάηα
των 80 GeV. Ο επιταχυντισ LEP τελικά ζφταςε ςτα
209 GeV, ςτο τζλοσ του 2000. Σε παράγοντα Λόρεντη (=
ςωματιδίων ενζργεια / μάηα θρεμίασ = *104,5 MeV
GeV/0.511+) άνω των 200.000, ο LEP εξακολουκεί να
κατζχει το ρεκόρ ταχφτθτασ, πολφ κοντά ςτθν οριακι
ταχφτθτα του φωτόσ. Στο τζλοσ του 2000, ο LEP ζκλειςε
και ςτθ ςυνζχεια διαλφκθκε , προκειμζνου να
δθμιουργθκεί χϊροσ ςτο τοφνελ για τθν καταςκευι
του Μεγάλου Επιταχυντι Αδρονίων (LHC).
6. LHC(Large Hadron Collider)
Ο LHC είναι μια “μθχανι” μικουσ 27 km που επιταχφνει
δυο δζςμεσ ςωματιδίων, οι οποίεσ κινοφνται προσ αντίκετεσ
κατευκφνςεισ με ταχφτθτα μεγαλφτερθ από το 99,9% τθσ
ταχφτθτασ του φωτόσ. Κατά τθ ςφγκρουςθ των δεςμϊν
ςωματιδίων, κα δθμιουργθκοφν νζα ςωματίδια που κα γίνουν
αντικείμενο μελζτθσ.
Από το πείραμα αυτό, κα δθμιουργθκοφν νζα πεδία
επιςτθμονικισ άμιλλασ και τα αποτελζςματα του κα αποτελζςουν
“εφαλτιριο” για τθ βακφτερθ κατανόθςθ του φμπαντοσ.
Όταν ο επιταχυντισ λειτουργιςει, οι δζςμεσ πρωτονίων που
κινοφνται αντίκετα, κα ςυγκροφονται, δθμιουργϊντασ ςτιγμιαία
τισ ςυνκικεσ που επικρατοφςαν λίγεσ ςτιγμζσ μετά το “BIG
BANG” (Μεγάλθ ζκρθξθ που γζννθςε το ςφμπαν).
7. Οι ενζργειεσ ςτισ οποίεσ κα φτάςει το LHC είναι αςφλλθπτεσ και πρωτόγνωρεσ. Οι ενζργειεσ και οι κερμοκραςίεσ που κα
επιτευχκοφν αντιςτοιχοφν ςε ςυνκικεσ που επικράτθςαν ςτο πρϊιμο ςφμπαν, λίγεσ ςτιγμζσ μόνο μετά τθ Μεγάλθ Ζκρθξθ.
Πρόκειται, λοιπόν, για μια αναπαράςταςθ τθσ γενζκλιασ ςτιγμισ τθσ φφςθσ, του περίφθμου Big Bang ι για τθν ακρίβεια μια
αναπαραγωγι ςτο εργαςτιριο των ενεργειϊν και των κερμοκραςιϊν που επικρατοφςαν ζνα τριςεκατομμυριοςτό του
δευτερολζπτου μετά τθ Μεγάλθ Ζκρθξθ.
Με τουσ προθγοφμενουσ επιταχυντζσ οι ερευνθτζσ είχαν προςεγγίςει κοντά ςτο 1 sec μετά τθ Μεγάλθ Ζκρθξθ, όμωσ τϊρα για
πρϊτθ φορά κα πλθςιάςουν πολφ κοντά ςτθ ςτιγμι μθδζν του Big Bang.Πρόκειται για ζναν επιταχυντι δζκα φορζσ
“ιςχυρότερο” από οποιονδιποτε άλλο καταςκευάςτθκε ςτο παρελκόν. Και τϊρα που κα είναι ακόμα πιο κοντά ςτθ ςτιγμι
μθδζν αναγνωρίηουν ότι τόςο πιο απρόςμενα κα είναι και τα φαινόμενα που κα παρατθριςουν.
8. Από τι αποτελείται ο LHC
Ο LHC ζχει δφο υπεραγϊγιμουσ δακτυλίουσ, ςτουσ οποίουσ τα πρωτόνια κα
κινοφνται ςε αντίκετεσ κατευκφνςεισ μζςα ςε ςχεδόν απόλυτο κενό. Σα πρωτόνια
κα ςυγκεντρϊνονται ςε πυκνζσ δζςμεσ, προκειμζνου να επιτυγχάνονται όςο το
δυνατόν περιςςότερεσ ςυγκροφςεισ. Η ςυγκζντρωςθ των πρωτονίων κα γίνεται με
τθ βοικεια πανίςχυρων μαγνθτικϊν πεδίων.
ε τζςςερα ςθμεία του επιταχυντι υπάρχουν τεράςτιοι ανιχνευτζσ και εκεί κα
ςυγκροφονται μεταξφ τουσ τα πρωτόνια. Η ενζργεια που κα επιτυγχάνεται ςε
αυτζσ τισ ςυγκροφςεισ κα φτάνει τα 14 τριςεκατομμφρια θλεκτρονιοβόλτ (TeV) ι 7
TeV
Κάκε δζςμθ πρωτονίων περικλείει ποςότθτα ενζργειασ ίςθ με αυτι ενόσ τρζνου
βάρουσ 400 τόνων που κινείται με 150 χλμ/ϊρα. Όμωσ, μόνο ζνα απειροελάχιςτο
μζροσ αυτισ τθσ ενζργειασ απελευκερϊνεται ςε κάκε ςφγκρουςθ. Σο κζρδοσ όμωσ
είναι ότι ο LHC κα ζχει τθν δυνατότθτα να ςυγκεντρϊνει αυτι τθν ενζργεια ςε μια
περιοχι μικρότερθ και από ζναν ατομικό πυρινα.
Σα ςωματίδια που κα παράγονται από τισ ςυγκροφςεισ κα καταγράφονται από
τουσ τζςςερισ ανιχνευτζσ: ALICE, CMS, ATLAS και LHCb.
11. Όταν ζνα θλεκτρόνιο και ζνα ποηιτρόνιο
πλθςιάςουν αρκετά, εξαφανίηονται ςε μια
πράξθ αμοιβαίασ καταςτροφισ με
αποτζλεςμα τθν παραγωγι μεγάλθσ
ποςότθτασ ενζργειασ. Σχεδόν αμζςωσ,
αυτι θ ενζργεια μετατρζπεται και πάλι ςε
ςωματίδια, όπωσ ακριβϊσ θ φλθ πρζπει να
ςχθματίςκθκε από ενζργεια ςτο πρϊιμο
Σφμπαν.
Σε τζςςερα ςυμμετρικά ςθμεία γφρω από
τον δακτφλιο, οι δζςμεσ των ςωματιδίων
αποκτοφν πάχοσ μιασ τρίχασ και
εξαναγκάηονται να ςυγκρουςκοφν ςτο
κζντρο των τεςςάρων πειραμάτων του LEP.
Κάκε δζςμθ περιζχει περιςςότερα από
εκατό χιλιάδεσ εκατομμφρια ςωματιδίων
(1011), όμωσ, κατά μζςο όρο, μόνο μία ανά
περίπου 40.000 ςυγκροφςεισ μεταξφ των
δεςμϊν παράγει το επικυμθτό αποτζλεςμα
- μία κεντρικι ςφγκρουςθ θλεκτρονίου-
ποηιτρονίου. Για αυτόν το λόγο, οι δζςμεσ
εξαναγκάηονται να κινοφνται κυκλικά για
ϊρεσ και κάκε δζςμθ πραγματοποιεί ςτον
δακτφλιο περιςςότερεσ από 10.000
περιςτροφζσ το δευτερόλεπτο.
12. Ο LEP άρχιςε να λειτουργεί το καλοκαίρι του 1989 και
για ζξι χρόνια θ ενζργεια ςφγκρουςθσ των
θλεκτρονίων και των ποηιτρονίων του ιταν
ρυκμιςμζνθ ακριβϊσ ςτθν τιμι που χρειαηόταν για τθν
παραγωγι τον ουδζτερο φορζα τθσ αςκενοφσ
δφναμθσ, το Z0. Από τον Σεπτζμβριο του 1995, θ
ενζργεια ςχεδόν διπλαςιάςκθκε καλοκαίρι του 1996, ο
LEP λειτουργοφςε ςτθν ενζργεια ακριβϊσ που
χρειαηόταν για τθν παραγωγι ηευγϊν των
φορτιςμζνων φορζων τθσ αςκενοφσ δφναμθσ, των
ςωματιδίων W+ και W-. Η ανίχνευςθ των
εκατομμυρίων Z0 και των εκατοντάδων W ζχει
επιτρζψει ςτα πειράματα του LEP τθν
πραγματοποίθςθ ελζγχων εξαιρετικισ ακριβείασ για το
Κακιερωμζνο Πρότυπο των ςωματιδίων και των
αλλθλεπιδράςεων τουσ.
14. Πϊσ βλζπουμε τα ςωματίδια;
Η βαςικι ιδζα λειτουργίασ των ανιχνευτϊν ςωματιδίων
επεξθγείται ςτο παρακάτω παράδειγμα: Eνα αόρατο λεωφορείο προκαλεί
μια σειρά από καταστρουές κατά το
πέρασμά τοσ μέσα από ένα τωριό.
Οι ζνοικοι των κατεςτραμζνων
ςπιτιϊν τρζχουν ςτο πλθςιζςτερο
τθλζφωνο για να ειδοποιιςουν τθν
αςτυνομία.
Η αςτυνομία καταγράφει τθ κζςθ
και τον χρόνο των κλιςεων.
Από το χρόνο που μεςολάβθςε
μζχρι να γίνουν τα τθλεφωνιματα
και από τθ κζςθ των τθλεφϊνων
γίνεται ο εντοπιςμόσ των
καταςτροφϊν και αναςυντίκεται θ
πορεία του λεωφορείου.
15. ATLAS
Ο ανιχνευτισ ATLAS (πλάτοσ 20 - φψοσ 20 - μικοσ 40 μζτρα και
βάροσ 7.000 τόνοι) είναι υπεφκυνοσ για τισ ςυγκροφςεισ
πρωτονίου-πρωτονίου. Περιζχει 8 υπεραγϊγιμα πθνία μικουσ 25
μζτρων τοποκετθμζνα ςε κυλινδρικι μορφι. Θα κάνει ζρευνεσ
για το μποηόνιο Higgs, τισ ζξτρα διαςτάςεισ και τα τυχόν
υπερςυμμετρικά ςωματίδια ςυςτατικά τθσ ςκοτεινισ φλθσ.
16. ALICE
Ο ανιχνευτισ ALICE κα μελετιςει τισ ςυγκροφςεισ μεταξφ βαρζων
ιόντων όπου αναμζνεται να δθμιουργθκεί θ αρχζγονθ κοςμικι
ςοφπα γκλουονίων-κουάρκ. Είναι μικρότεροσ από τον ανιχνευτι
ATLAS (μικοσ 26 - φψοσ 16 - πλάτοσ 16) και βάροσ 10.000 τόνουσ.
Οι ςυγκροφςεισ αυτζσ κα δθμιουργιςουν κερμοκραςίεσ πάνω
από 100.000 φορζσ τθσ κερμοκραςίασ τθσ καρδιάσ του ιλιου.
17. CMS
Ο Ανιχνευτισ Compact Muon Solenoid ι CMS (μικοσ 21 - φψοσ
15 - πλάτοσ 15 μζτρα και βάροσ 12.500 τόνουσ). Θα κάνει
παρόμοια πειράματα με αυτά του ATLAS αλλά με διαφορετικζσ
τεχνικζσ αρχζσ. Ο ανιχνευτισ CMS κτίςτθκε γφρω από ζνα
τεράςτιο ςωλθνοειδι μαγνιτθ που θ ζνταςθ του είναι 4 tesla,
περίπου 100.000 φορζσ μεγαλφτερθ από αυτι του μαγνθτικοφ
πεδίου τθσ Γθσ.
18. LHCb
Ο ανιχνευτισ LHCb κα μασ βοθκιςει να καταλάβουμε γιατί ςτο
ςφμπαν υπάρχει φλθ κι όχι αντιφλθ. Οι ειδικοί κα ανακαλφψουν
τθ λεπτι διαφορά μεταξφ φλθσ και αντιφλθσ μελετϊντασ ζνα τφπο
κουάρκ, που λζγεται (beauty ι b κουάρκ). Θα δθμιουργθκοφν
πολλοί τφποι κουάρκ ςτον επιταχυντι LHC προτοφ αυτοί
διαςπαςτοφν γριγορα ςε άλλεσ μορφζσ.
