CPLEAR 실험
CPLEAR experiment
CPLEAR 실험은 1982년부터 1996년까지 CERN에서 작동한 LEAR 시설의 반양성자 빔(Low-Energy Antiproton Ring)을 사용하여 중성 kaon [1]시스템에서 CP, T 및 CPT 위반을 연구하기 위해 양성자-반양성자 전멸을 통해 중성 kaon을 생성했다.
배경
빅뱅 이론에 따르면, 우주가 시작될 때 물질과 반물질은 같은 양으로 존재했을 것이다.만약 이것이 사실이었다면, 입자와 반입자는 서로를 전멸시키고 광자를 생성했을 것이고, 따라서 우주는 빛에 의해서만18 복합되었을 것이다.그러나 물질만 남아 있고 예상보다 10억 배나 많은 입자가 있다.그 후 반물질이 물질 쪽으로 사라지게 된 것은 어떻게 되었을까요?이 질문에 대한 가능한 해답은 중입자 생성으로, 관측된 우주의 물질과 반물질의 불균형인 중입자 비대칭을 만들어 낸 초기 우주 동안 일어난 가상의 물리적 과정입니다.그러나 중입자 형성은 1967년 안드레이 사하로프가 제안한 다음 조건에서만 가능합니다.
.CP 위반에 대한 첫 번째 실험 테스트는 1964년 피치-크로닌 실험을 통해 이루어졌다.그 실험은 중성 K-메손이라고 불리는 입자를 포함했는데, 이것은 우연히 CP를 테스트하는데 필요한 성질을 가지고 있다.첫째, 중간자로서 쿼크와 반쿼크의 조합입니다. 이 경우에는 다운과 반스트레인지, 혹은 다운과 기묘한 조합입니다.둘째, 두 개의 다른 입자는 CP 값이 다르고 붕괴 모드가 다르다1: K는 CP = +1이고 두 개의 파이온으로 붕괴하고2 K는 CP = -1이며 세 개의 파이온으로 붕괴한다.질량의 변화가 큰 붕괴는 더 쉽게 발생하기 때문에 K 붕괴는1 K 붕괴보다2 100배 더 빨리 일어납니다.즉, 충분히 긴 중성 Kaon 빔이 충분한 시간이 지나면 임의의 순수2 K가 되는 것이다.피치-크로닌 실험은 이것을 이용한다.혼합 Kaon 빔에서 K가1 모두 붕괴될 경우 K만 붕괴된다2.K1 붕괴가 발견되면 K가2 K로1 플립되고 입자의 CP가 -1에서 +1로 플립되며 CP가 보존되지 않았음을 의미합니다.실험 결과 2-파이온 붕괴에 대한 정확한 질량 범위에서 cos(color) = 1 주위에 45±9개의 이벤트가 초과되었다.즉, K가2 3개의 파이온으로 붕괴할 때마다 (2.0±0.4)×10-3이 2개의 파이온으로 붕괴한다는 것을 의미합니다.따라서 중립 K 중간자는 [2]CP를 위반합니다.따라서 중성 카온과 중성 반 카온 생산 비율 연구는 물질의 [3]생산을 촉진한 초기 우주에서 무슨 일이 일어났는지를 이해하는 데 효과적인 도구이다.
실험
CPLEAR는 9개국 17개 기관에서 온 약 100명의 과학자들의 협업이다.1985년에 받아들여진 이 실험은 1990년부터 [1]1996년까지의 데이터를 취합했다.이것의 주된 목적은 중성 kaon 시스템에서 CP, T, 'CPT 대칭을 연구하는 것이었다.
또한 CPLEAR는 파동 함수의 양자 일관성, 다중 이온 상태의 보스-아인슈타인 상관 관계, 물질의 단수명 카온 성분의 재생, 얽힌 중성 카온 쌍 상태를 이용한 아인슈타인-로젠-포돌스키 역설 및 일반 상대성 [4]원리에 대한 측정을 수행했다.
설비 설명
CPLEAR 검출기는 중성 kaon 생산 시 및 붕괴 시 트랙의 위치, 모멘타 및 전하를 결정할 수 있었고, 따라서 전체 이벤트를 시각화할 수 있었다.
약한 상호작용에서는 이상도가 보존되지 않으며, 약한 상호작용에서는 K가0
K로0
변환될 수 있으며 그 반대도 마찬가지입니다.다양한 최종 상태 f(f = π+−, π00, π, π+−0, ν00+, νl)에서 K와0
K 붕괴율 사이의0
비대칭을 연구하기 위해 CPLEAR 공동작업은 kaon의 이상도가 부수되는 kaon의 전하로 태그된다는 사실을 사용했다.시간 역방향 불변성은 변환 중 하나의 모든 세부사항을 다른 변환으로부터 차감할 수 있다는 것을 의미한다. 즉, kaon이 안티-kaon으로 진동할 확률은 역방향 프로세스에 대한 것과 같을 것이다.이러한 확률을 측정하기 위해서는 카온의 일생 중 두 가지 다른 시기에 기묘한 존재에 대한 지식이 필요했다.kaon의 이상성은 부수되는 kaon의 전하에 의해 주어지고, 따라서 각 사건에 대해 알려지기 때문에, 이 대칭성이 존중되지 않는 것이 관찰되었고, 따라서 약한 상호작용 [3]하에서의 중성 kaon 시스템의 T 위반을 증명하였다.
중성 카온은 처음에는 소멸 채널에서 생산됩니다.
pp
→ k+−
K K0
pp
→ k−+
K K0
[3]
LEAR 시설에서 나오는 초당 10개의 안티프로톤 빔이 고압6 수소 가스 표적에 의해 차단될 때 발생합니다.안티프로톤의 낮은 운동량과 높은 압력으로 인해 [5]검출기에서 정지 영역의 크기를 작게 유지할 수 있었다.양성자-반양성자 반응이 정지 상태에서 발생하기 때문에 입자는 동위원소적으로 생성되고 그 결과 검출기는 거의 4µ의 대칭을 가져야 한다.전체 검출기는 길이 3.6m, 직경 2m의 따뜻한 솔레노이드 자석에 내장되어 0.44T의 균일한 [3]자기장을 제공한다.
안티프로톤은 가압된 수소 가스 표적을 사용하는 것을 멈췄다.붕괴 부피의 물질의 양을 최소화하기 위해 액체 수소 대신 사용되는 수소 가스 목표물.처음에 표적은 반지름이 7cm였고 16bar의 압력을 받았다.1994년에 변경되어 27bar의 [3]압력으로 1.1cm의 반경이 되었습니다.
디텍터의 레이아웃
검출기는 실험의 특정 요건을 충족해야 했기 때문에 다음을 수행할 수 있어야 했다.
- 효율적인 카온 식별을 하다
- 다수의 멀티파이온 소멸채널 중 설비설명에 언급된 소멸채널을 선택한다.
- 서로 다른 중성-koon 붕괴 채널을 구별하다
- 부패의 적정 시간을 측정하다
- 많은 통계자료를 획득했고, 이를 위해서는 높은 비율 능력과 큰 기하학적[3] 커버리지가 모두 있어야 했다.
솔레노이드 장과 함께 원통형 추적 검출기를 사용하여 전하 신호, 모멘타 및 하전 입자의 위치를 파악했습니다.그 뒤를 이어 대전된 kaon을 식별하는 역할을 하는 입자 식별 검출기(PID)가 뒤따랐다.이는 카온-피온 분리를 수행하는 체렌코프 검출기와 하전 입자의 에너지 손실과 비행 시간을 측정하는 섬광기에 의해 복합되었다.또한 전자-파이온 분리에도 사용되었습니다.δdecay에서0 생성된 광자의 검출은 가장 바깥쪽 납/가스 샘플링 열량계인 ECAL에 의해 수행되었으며, 높은 모멘타에서 파이온과 전자를 분리하여 PID를 보완하였다.마지막으로 유선 연결 프로세서(HWK)를 사용하여 이벤트를 분석 및 선택하고 불필요한 이벤트를 [3]삭제함으로써 충분한 정밀도로 완전한 이벤트 재구성을 실현했습니다.
레퍼런스
- ^ a b "Welcome to the CPLEAR Experiment". CPLEAR experiment. Thomas Ruf. Retrieved 2018-07-09.
General Introduction to the experiment
- ^ Coleman, Stuart. "The Fitch-Cronin Experiment". Retrieved 27 June 2019.
- ^ a b c d e f g Gabathuler, E.; Pavlopoulos, P. (2004). "The CPLEAR experiment". Physics Reports. 403–404: 303–321. Bibcode:2004PhR...403..303G. doi:10.1016/j.physrep.2004.08.020.
- ^ Angelopoulos, A. (2003). Physics at CPLEAR. Physics Reports (Report). Vol. 374. ISSN 0370-1573.
- ^ Angelopoulos, A.; Apostolakis, A.; Aslanides, E. (2003). "Physics at CPLEAR". Physics Reports. 374 (3): 165–270. Bibcode:2003PhR...374..165A. doi:10.1016/S0370-1573(02)00367-8. ISSN 0370-1573.
