戴安娜·帕諾（Diana Parno）的頭游泳，當時她第一次走進了巨大的金屬船卡特林（Katrin）。匹茲堡卡內基·梅隆大學（Carnegie Mellon University）的物理學家帕諾（Parno）說，在房屋大小的長方形結構中，一切都是對稱，乾淨且盲目的光澤。 “這令人難以置信。”
現在，電子（值得慶幸的是，不受頭暈的爆發 - 遍歷這個位於德國卡爾斯魯赫的齊柏林飛艇形狀的怪獸的內部。建立實驗需要數年和數千萬美元。為什麼要創建如此極端的設備？這是測量被稱為中微子的Itty縮寫的亞原子顆粒的質量的一部分。
Karlsruhe Tritium Neutminino實驗的Katrin是五月份開始進行測試的縮寫。該實驗是研究粒子物理學研究的一部分，這是構建各種奇特形狀和尺寸的數十個檢測器之一。他們的使命：深入研究標準模型，粒子物理學家對物質的亞原子基礎的理論，也許可以推翻它。
該標準模型於1960年代和70年代開發，具有一些相當大的孔：它無法解釋暗物質 - 僅通過其引力效應檢測到的一種空靈物質 - 或暗能量，即一種神秘的動物，使宇宙以越來越多的速度擴展。也是理論無法解釋為什麼宇宙主要是物質上的，而反物質很少見（SN：9/2/17，p。 15）。因此，物理學家通過探測標準模型的弱點來尋求改造粒子物理。
大型強子對撞機等主要設施 - 位於日內瓦附近CERN的Gargantuan加速器 - 尚未找到標準模型出錯的地方（（SN：10/1/16，p。 12）。取而代之的是，粒子物理實驗一次又一次證實了標準模型預測。 “從某種意義上說，我們是我們自己成功的受害者，”阿姆斯特丹Vrije Universiteit的理論物理學家Juan Rojo說。 “我們沒有關於下一步的暗示。”
像卡特林這樣的新實驗可能能夠消除答案。加入等級的還有Muon G-2（發音為“吉負二”）在伊利諾伊州巴達維亞的費米拉布和日本杜斯庫巴的Belle II。幕後觀察這些實驗揭示了這些困難企業中每個企業中的汗水，喜悅和犧牲。這些努力涉及數以百計的研究人員，以數千萬美元的價格運動標籤，需要重大的技術事業：複雜的電子產品，強大的磁鐵和超級優勢條件。研究人員用自己的手製造了複雜的設備，在各大洲各地拖曳了大量設備，並清潔了探測器的內部，直到它們閃爍為止。
這是最新標準模型挑戰者的三個瞥見。
美麗的II
KEK高能加速器研究組織
日本Tsukuba
大約成本：5000萬美元
它如何工作
電子及其反物質伴侶（正上音）在3公里長的，環狀的加速器周圍取圈，並在Belle II檢測器的中心碰撞，產生一類稱為B Meson的顆粒。這些顆粒包含一個底部夸克，這是在礦物質物質中找不到的外來粒子。當B介子在8米高的檢測器內腐爛以了解粒子的怪異方式時，科學家篩選了產生的數據。
1。一個加速器將電子從一端發送，另一端將電子發送到Belle II。
2。跟踪探測器在碰撞後遵循顆粒的路徑，指出了B介子。
3。石英傳感器區分相似類型的顆粒。
4。量熱計測量顆粒的能量。
5。外層斑點粒子超過內部部分。
好，但是為什麼？
某些B介子似乎更喜歡腐爛到電子，而不是他們較重的表親，而是SN：5/13/17，p。 16）。這違背了標準模型，該模型稱電子和兆元應以相等的數量出現。如果這種意外的行為能夠審查，那麼這一理論一定是錯誤的。 B Mesons還參與了一個稱為CP違規的過程，其中反物質和物質的行為不像完美的鏡像。
研究CP違規可能有助於科學家了解為什麼宇宙由物質而不是反物質組成。在大爆炸中，物質和反物質是平等生產的，應該被殲滅成虛無，但物質上有一定的優勢。這是“人類可以問的最根本的問題……'我們為什麼在這裡？'物理研究生羅伯特·塞登（Robert Seddon）說。
像洋蔥
檢測器的每一層都有不同的目的。最內向的層發現了顆粒穿過檢測器的軌道。更遠地，傳感器告訴一個粒子，並測量顆粒的能量。最外面的部分發現了可以傳播那麼遠的兆字節和其他顆粒。當加速器運行時，它在實驗室中創造了一個高輻射環境，即蒙特利爾麥吉爾大學的塞登（Seddon）稱其為“完全沒有限制。你去那裡，你死了。”
解析顆粒
原始的，實驗室生長的石英構成了辨別不同類型顆粒的傳感器。創建傳感器需要將石英桿粘合到一米長的長度上，將它們完全對齊到約10微米以內 - 大小接近人類紅細胞。刮擦或弄髒石英會損壞它，因此處理棒的觸感柔軟。辛辛那提大學的物理學家索拉布·桑迪亞（Saurabh Sandilya）說，最近從海外抵達的物理學家被禁止工作。沒有噴氣滯後引起的笨拙的空間。
讓我們開始
4月26日，第一個電子和正電子在新探測器中碰撞。運行實驗令人興奮，但緊張。 “有人給我帶來了一些威士忌，因為我真的很害怕，”夏威夷大學馬諾阿大學的物理學家湯姆·布勞德說。他擔心可能會有一個名為The Trigger的系統失敗，這表明了探測器看到的無聊事件的有趣碰撞。幾個小時後，當第一次比賽在凌晨1點左右開始滾動時，團隊終於屏住了呼吸。
美女鈴聲
像嬰兒一樣，新的粒子探測器可以乾擾其創作者的睡眠。探測器整夜奔跑；如果發生故障，專家可能會在下班後接聽電話。意大利比薩大學的物理研究生勞拉·扎尼（Laura Zani）確實做到了。但是，她幫助建造的新生兒探測器也激發了驕傲。當Zani看到第一個粒子軌道出現在計算機屏幕上時，她想：“我們做到了。”
卡特林
德國Karlsruhe技術研究所
大約成本：7000萬美元
它如何工作
物理學家的目的是測量幾乎無法檢測到的中微子，狡猾的亞原子顆粒的質量。在70米長的katrin的一端，tri骨的放射性衰變產生電子和中微子的反物質雙胞胎。那些反神經替氏替氏劑逃脫了電子巡遊Katrin的飛艇坦克並在另一端被檢測到（SN Online：16年10月18日）。儲罐（一個光譜儀）會根據其能量分配顆粒。每個trium衰減中的一些能量用於產生抗神經抗體的質量。這限制了電子獲得的能量。因此測量電子能量可以揭示中微子的質量。卡特林應在明年春季正式開始數據。
1。trip腐爛，釋放電子和抗神經纖維，它們逃脫。
2。電子沿著光束線傳播到光譜儀。
3。光譜儀通過其能量對電子進行分類。
4。另一端的磁場（虛線）將高能電子的牧羊人高到檢測器。
5。電場將低能電子轉回去。
6。磁鐵將電子聚焦到檢測器上。
好，但是為什麼？
中微子的質量是電子的一小部分。 “為什麼這麼輕？”帕諾問。 “那是神秘的。”標準模型最初預測中微子根本沒有質量。但是測量結果表明粒子必須具有質量，儘管還有多少問題。中微子幾乎沒有與物質互動，而且數十億個中微子在您的縮略圖中航行。這些顆粒是如此古怪，以至於科學家想了解更多。
放射性規則
這一切都始於tritium。這種放射性版本的氫以氣態形式通過實驗泵送，每秒發射1000億個抗腫瘤和電子對。在Tritium Lab中，由於放射性而製定了特殊規則 - 科學家通過氣鎖進入，離開時必須洗手。卡內基·梅隆大學（Carnegie Mellon University）的物理研究生Larisa Thorne說，這個地方有宇宙飛船的氛圍。 “我確實覺得自己在上面星際迷航。 ”
終點
在Tritium Lab的另一端，強大的磁鐵聚焦在檢測器上的高能電子，該電子計算到達的電子。信用卡必須藏在儲物櫃中，否則信用卡將被磁場擦拭。
大烘烤
整個光譜儀都保持在超高真空下，消除了可能干擾電子旅行的空氣或其他物質的分子。這是有史以來最大的超高真空容器。為了獲得極端的真空，研究人員將整個Shebang暫時加熱到200°Celsius，在容器表面上烘烤水和其他污染物。金屬在加熱時會膨脹，因此在此過程中，光譜儀凸起約12厘米。索恩說：“認為這個沒有什麼都沒有的大型坦克實際上擴大了，這很奇怪。”
回家Katrin的光譜儀是場外建造的，必須小心地將其運送到德國的實驗室，只是在附近的房屋之間擠壓。 |
MUON G-2
Fermilab，巴達維亞，病。
大約成本：4600萬美元
搬家一輛起重機在越野旅程開始時，抬起了裝有Muon G-2磁性戒指的50噸儀器，將戒指從紐約的Brookhaven國家實驗室轉移到伊利諾伊州的Fermilab。布魯克黑文國家實驗室
它如何工作
muons，較重的電子親戚，表現得像北極和南極的微小磁鐵。 Muon G-2於2月開始研究這些微型磁體的特性。研究人員將成千上萬的啞光射入與籃球場的寬度一樣寬的一流的電磁體。當雄性在電磁體內循環時，它們的桿子像搖擺的頂部一樣旋轉。 muons是不穩定的，因此當它們循環時，它們會腐爛成較輕的顆粒，稱為正環。這些正電子飛行的角度可以揭示Muons的磁性迴旋的速率，因此可以揭示Muons磁體的強度。研究人員將根據標準模型將測量值與預測進行比較。
1。萬人進入磁鐵。
2。穆恩斯反复朝著相同的方向圈出。
3。Muons腐爛到正上音，這些正上音是通過測量能量和粒子軌蹟的檢測器拾取的。
好，但是為什麼？
瞬態顆粒在空間中無處不在。那些顆粒調整了隆隆曲霉的速率。如果未發現的粒子在那裡，則MUON G-2的測量可能與預測不一致。 1990年代，在紐約州阿普頓的布魯克黑文國家實驗室進行了類似的實驗暗示不匹配（（SN：2/17/01，p。 102）。 MUON G-2將進行更精確的測量，以跟進該線索。
一枚戒指
MUON G-2的磁場大約是地球磁場的30,000倍。這種強度僅在磁場是Ultailifer時才有用。因此，物理學家在戰略上放置了成千上萬的微小金屬墊片（許多僅是筆記本紙厚度的一小部分）來調整磁場。西雅圖華盛頓大學的物理研究生瑞秋·奧索夫斯基（Rachel Osofsky）說，數小時的“光滑”左物理學家的手“被污垢，油脂和油脂覆蓋”。骯髒的工作值得：磁場現在均勻至0.0015％。
長途跋涉
電磁網是布魯克黑文實驗室的手工脫落，必須從伊利諾伊州的厄普頓運到菲爾米拉布。但是如何運輸巨大的脆弱的甜甜圈呢？
2013年，磁鐵沿著東海岸乘船旅行，將密西西比河和其他河流駛向伊利諾伊州的萊蒙特。一輛卡車將貨物帶動了其餘的貨物，在深夜的封閉高速公路上每小時約8公里。磁鐵幾乎沒有通過電子收費拱門的緊密通道而尖叫。沒有關於磁鐵是否必須支付的消息。
小管
構建粒子探測器需要大量艱苦的工作，其中大部分是由研究生完成的。對於MUON G-2，構建跟踪探測器，該檢測器可觀察到發射正上音的軌跡，需要穿過25微米厚的螺紋線，穿過100微米範圍的孔。想像一下，試圖通過一根稻草粘貼一塊意大利麵條，兩者都足夠小，可以使用樂高雕像。 “這就像我們一生的一年，只是在小洞裡陷入困境，”英格蘭利物浦大學的物理研究生薩斯基亞慈善機構說。
本文發表於2018年9月29日，發行科學新聞標題為“大型機器：內部研究研究微小顆粒的三大努力。”
