戴安娜·帕诺（Diana Parno）的头游泳，当时她第一次走进了巨大的金属船卡特林（Katrin）。匹兹堡卡内基·梅隆大学（Carnegie Mellon University）的物理学家帕诺（Parno）说，在房屋大小的长方形结构中，一切都是对称，干净且盲目的光泽。 “这令人难以置信。”
现在，电子（值得庆幸的是，不受头晕的爆发 - 遍历这个位于德国卡尔斯鲁赫的齐柏林飞艇形状的怪兽的内部。建立实验需要数年和数千万美元。为什么要创建如此极端的设备？这是测量被称为中微子的Itty缩写的亚原子颗粒的质量的一部分。
Karlsruhe Tritium Neutminino实验的Katrin是五月份开始进行测试的缩写。该实验是研究粒子物理学研究的一部分，这是构建各种奇特形状和尺寸的数十个检测器之一。他们的使命：深入研究标准模型，粒子物理学家对物质的亚原子基础的理论，也许可以推翻它。
该标准模型于1960年代和70年代开发，具有一些相当大的孔：它无法解释暗物质 - 仅通过其引力效应检测到的一种空灵物质 - 或暗能量，即一种神秘的动物，使宇宙以越来越多的速度扩展。也是理论无法解释为什么宇宙主要是物质上的，而反物质很少见（SN：9/2/17，p。 15）。因此，物理学家通过探测标准模型的弱点来寻求改造粒子物理。
大型强子对撞机等主要设施 - 位于日内瓦附近CERN的Gargantuan加速器 - 尚未找到标准模型出错的地方（（SN：10/1/16，p。 12）。取而代之的是，粒子物理实验一次又一次证实了标准模型预测。 “从某种意义上说，我们是我们自己成功的受害者，”阿姆斯特丹Vrije Universiteit的理论物理学家Juan Rojo说。 “我们没有关于下一步的暗示。”
像卡特林这样的新实验可能能够消除答案。加入等级的还有Muon G-2（发音为“吉负二”）在伊利诺伊州巴达维亚的费米拉布和日本杜斯库巴的Belle II。幕后观察这些实验揭示了这些困难企业中每个企业中的汗水，喜悦和牺牲。这些努力涉及数以百计的研究人员，以数千万美元的价格运动标签，需要重大的技术事业：复杂的电子产品，强大的磁铁和超级优势条件。研究人员用自己的手制造了复杂的设备，在各大洲各地拖曳了大量设备，并清洁了探测器的内部，直到它们闪烁为止。
这是最新标准模型挑战者的三个瞥见。
美丽的II
KEK高能加速器研究组织
日本Tsukuba
大约成本：5000万美元
它如何工作
电子及其反物质伴侣（正上音）在3公里长的，环状的加速器周围取圈，并在Belle II检测器的中心碰撞，产生一类称为B Meson的颗粒。这些颗粒包含一个底部夸克，这是在矿物质物质中找不到的外来粒子。当B介子在8米高的检测器内腐烂以了解粒子的怪异方式时，科学家筛选了产生的数据。
1。一个加速器将电子从一端发送，另一端将电子发送到Belle II。
2。跟踪探测器在碰撞后遵循颗粒的路径，指出了B介子。
3。石英传感器区分相似类型的颗粒。
4。量热计测量颗粒的能量。
5。外层斑点粒子超过内部部分。
好，但是为什么？
某些B介子似乎更喜欢腐烂到电子，而不是他们较重的表亲，而是SN：5/13/17，p。 16）。这违背了标准模型，该模型称电子和兆元应以相等的数量出现。如果这种意外的行为能够审查，那么这一理论一定是错误的。 B Mesons还参与了一个称为CP违规的过程，其中反物质和物质的行为不像完美的镜像。
研究CP违规可能有助于科学家了解为什么宇宙由物质而不是反物质组成。在大爆炸中，物质和反物质是平等生产的，应该被歼灭成虚无，但物质上有一定的优势。这是“人类可以问的最根本的问题……'我们为什么在这里？'物理研究生罗伯特·塞登（Robert Seddon）说。
像洋葱
检测器的每一层都有不同的目的。最内向的层发现了颗粒穿过检测器的轨道。更远地，传感器告诉一个粒子，并测量颗粒的能量。最外面的部分发现了可以传播那么远的兆字节和其他颗粒。当加速器运行时，它在实验室中创造了一个高辐射环境，即蒙特利尔麦吉尔大学的塞登（Seddon）称其为“完全没有限制。你去那里，你死了。”
解析颗粒
原始的，实验室生长的石英构成了辨别不同类型颗粒的传感器。创建传感器需要将石英杆粘合到一米长的长度上，将它们完全对齐到约10微米以内 - 大小接近人类红细胞。刮擦或弄脏石英会损坏它，因此处理棒的触感柔软。辛辛那提大学的物理学家索拉布·桑迪亚（Saurabh Sandilya）说，最近从海外抵达的物理学家被禁止工作。没有喷气滞后引起的笨拙的空间。
让我们开始
4月26日，第一个电子和正电子在新探测器中碰撞。运行实验令人兴奋，但紧张。 “有人给我带来了一些威士忌，因为我真的很害怕，”夏威夷大学马诺阿大学的物理学家汤姆·布劳德说。他担心可能会有一个名为The Trigger的系统失败，这表明了探测器看到的无聊事件的有趣碰撞。几个小时后，当第一次比赛在凌晨1点左右开始滚动时，团队终于屏住了呼吸。
美女铃声
像婴儿一样，新的粒子探测器可以干扰其创作者的睡眠。探测器整夜奔跑；如果发生故障，专家可能会在下班后接听电话。意大利比萨大学的物理研究生劳拉·扎尼（Laura Zani）确实做到了。但是，她帮助建造的新生儿探测器也激发了骄傲。当Zani看到第一个粒子轨道出现在计算机屏幕上时，她想：“我们做到了。”
卡特林
德国Karlsruhe技术研究所
大约成本：7000万美元
它如何工作
物理学家的目的是测量几乎无法检测到的中微子，狡猾的亚原子颗粒的质量。在70米长的katrin的一端，tri骨的放射性衰变产生电子和中微子的反物质双胞胎。那些反神经替氏替氏剂逃脱了电子巡游Katrin的飞艇坦克并在另一端被检测到（SN Online：16年10月18日）。储罐（一个光谱仪）会根据其能量分配颗粒。每个trium衰减中的一些能量用于产生抗神经抗体的质量。这限制了电子获得的能量。因此测量电子能量可以揭示中微子的质量。卡特林应在明年春季正式开始数据。
1。trip腐烂，释放电子和抗神经纤维，它们逃脱。
2。电子沿着光束线传播到光谱仪。
3。光谱仪通过其能量对电子进行分类。
4。另一端的磁场（虚线）将高能电子的牧羊人高到检测器。
5。电场将低能电子转回去。
6。磁铁将电子聚焦到检测器上。
好，但是为什么？
中微子的质量是电子的一小部分。 “为什么这么轻？”帕诺问。 “那是神秘的。”标准模型最初预测中微子根本没有质量。但是测量结果表明粒子必须具有质量，尽管还有多少问题。中微子几乎没有与物质互动，而且数十亿个中微子在您的缩略图中航行。这些颗粒是如此古怪，以至于科学家想了解更多。
放射性规则
这一切都始于tritium。这种放射性版本的氢以气态形式通过实验泵送，每秒发射1000亿个抗肿瘤和电子对。在Tritium Lab中，由于放射性而制定了特殊规则 - 科学家通过气锁进入，离开时必须洗手。卡内基·梅隆大学（Carnegie Mellon University）的物理研究生Larisa Thorne说，这个地方有宇宙飞船的氛围。 “我确实觉得自己在上面星际迷航。”
终点
在Tritium Lab的另一端，强大的磁铁聚焦在检测器上的高能电子，该电子计算到达的电子。信用卡必须藏在储物柜中，否则信用卡将被磁场擦拭。
大烘烤
整个光谱仪都保持在超高真空下，消除了可能干扰电子旅行的空气或其他物质的分子。这是有史以来最大的超高真空容器。为了获得极端的真空，研究人员将整个Shebang暂时加热到200°Celsius，在容器表面上烘烤水和其他污染物。金属在加热时会膨胀，因此在此过程中，光谱仪凸起约12厘米。索恩说：“认为这个没有什么都没有的大型坦克实际上扩大了，这很奇怪。”
回家Katrin的光谱仪是场外建造的，必须小心地将其运送到德国的实验室，只是在附近的房屋之间挤压。 |
MUON G-2
Fermilab，巴达维亚，病。
大约成本：4600万美元
搬家一辆起重机在越野旅程开始时，抬起了装有Muon G-2磁性戒指的50吨仪器，将戒指从纽约的Brookhaven国家实验室转移到伊利诺伊州的Fermilab。布鲁克黑文国家实验室
它如何工作
muons，较重的电子亲戚，表现得像北极和南极的微小磁铁。 Muon G-2于2月开始研究这些微型磁体的特性。研究人员将成千上万的哑光射入与篮球场的宽度一样宽的一流的电磁体。当雄性在电磁体内循环时，它们的杆子像摇摆的顶部一样旋转。 muons是不稳定的，因此当它们循环时，它们会腐烂成较轻的颗粒，称为正环。这些正电子飞行的角度可以揭示Muons的磁性回旋的速率，因此可以揭示Muons磁体的强度。研究人员将根据标准模型将测量值与预测进行比较。
1。万人进入磁铁。
2。穆恩斯反复朝着相同的方向圈出。
3。Muons腐烂到正上音，这些正上音是通过测量能量和粒子轨迹的检测器拾取的。
好，但是为什么？
瞬态颗粒在空间中无处不在。那些颗粒调整了隆隆曲霉的速率。如果未发现的粒子在那里，则MUON G-2的测量可能与预测不一致。 1990年代，在纽约州阿普顿的布鲁克黑文国家实验室进行了类似的实验暗示不匹配（（SN：2/17/01，p。 102）。 MUON G-2将进行更精确的测量，以跟进该线索。
一枚戒指
MUON G-2的磁场大约是地球磁场的30,000倍。这种强度仅在磁场是Ultailifer时才有用。因此，物理学家在战略上放置了成千上万的微小金属垫片（许多仅是笔记本纸厚度的一小部分）来调整磁场。西雅图华盛顿大学的物理研究生瑞秋·奥索夫斯基（Rachel Osofsky）说，数小时的“光滑”左物理学家的手“被污垢，油脂和油脂覆盖”。肮脏的工作值得：磁场现在均匀至0.0015％。
长途跋涉
电磁网是布鲁克黑文实验室的手工脱落，必须从伊利诺伊州的厄普顿运到菲尔米拉布。但是如何运输巨大的脆弱的甜甜圈呢？
2013年，磁铁沿着东海岸乘船旅行，将密西西比河和其他河流驶向伊利诺伊州的莱蒙特。一辆卡车将货物带动了其余的货物，在深夜的封闭高速公路上每小时约8公里。磁铁几乎没有通过电子收费拱门的紧密通道而尖叫。没有关于磁铁是否必须支付的消息。
小管
构建粒子探测器需要大量艰苦的工作，其中大部分是由研究生完成的。对于MUON G-2，构建跟踪探测器，该检测器可观察到发射正上音的轨迹，需要穿过25微米厚的螺纹线，穿过100微米范围的孔。想象一下，试图通过一根稻草粘贴一块意大利面条，两者都足够小，可以使用乐高雕像。 “这就像我们一生的一年，只是在小洞里陷入困境，”英格兰利物浦大学的物理研究生萨斯基亚慈善机构说。
本文发表于2018年9月29日，发行科学新闻标题为“大型机器：内部研究研究微小颗粒的三大努力。”
