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'''대형 전자-양전자 충돌기'''(LEP, Large Electron-Positron Collider)는 지금까지 만들어진 가장 큰 [[입자 가속기]] 중 하나였다. 이것은 [[스위스]] [[제네바]] 근처의 핵 및 입자 물리학 연구를 위한 다국적 센터인 [[유럽 입자 물리 연구소|CERN]]에 지어졌다.

LEP는 209 GeV에 도달하는 에너지에서 [[양전자]] 와 [[전자|전자를]] 충돌시켰다. 그것은 약 100m (300 ft) 지하에서 [[스위스]]와 [[프랑스]]를 통과하는 터널에 건설된 [[원둘레|둘레]] 27km의 원형 가속기였다. LEP는 1989년부터 2000년까지 사용되었다. 2001년경에는 LEP 터널을 재사용하는 [[대형 강입자 충돌기]](Large Hadron Collider)를 위해 해체되었다. 현재까지 LEP는 지금까지 만들어진 가장 강력한 [[경입자]] 가속기이다.

== 충돌기의 배경 ==
LEP는 지금까지 만들어진 것 중 가장 강력한 원형 렙톤 가속기였다. 상황에 따라 최신 충돌체는 일반적으로 모양(원형 또는 선형) 및 가속 및 충돌하는 입자 유형(경입자 또는 하드론)에 따라 분류할 수 있다. [[경입자]]는 점 입자이며 상대적으로 가볍다. 그들은 점 입자이기 때문에 충돌이 깨끗하고 정확한 측정이 가능하다. 그러나 그것들은 가볍기 때문에 충돌은 더 무거운 입자로 달성할 수 있는 동일한 에너지에 도달할 수 없다. [[강입자]]는 복합 입자(쿼크로 구성됨)이며 상대적으로 무겁다. 예를 들어 양성자는 전자보다 2000배 더 큰 질량을 가지고 있다. 더 높은 질량으로 인해 훨씬 더 높은 에너지로 가속될 수 있으며, 이는 현재 받아들여지는 이론으로는 예측할 수 없는 새로운 입자 또는 상호 작용을 직접 관찰하는 데 핵심이다. 그러나 하드론 충돌은 매우 복잡하기 때문에(예를 들어 종종 관련 없는 경로가 많고, 충돌 에너지를 결정하는 것이 간단하지 않음) 분석하기가 더 어렵고 정밀 측정에 덜 적합하다.
[[파일:LEP_Particle_beam_tube.JPG|오른쪽|섬네일| LEP 입자 빔 튜브의 단면]]
충돌체의 모양도 중요하다. 고에너지 물리 충돌기는 입자를 다발로 모은 다음 다발을 함께 충돌시킨다. 그러나 실제로 충돌하는 입자는 각 묶음의 아주 작은 부분에 불과하다. 원형 충돌기에서 이러한 다발은 대략 원형 모양 주위를 반대 방향으로 이동하므로 반복해서 충돌할 수 있다. 이것은 높은 충돌률을 가능하게 하고 많은 양의 데이터 수집을 용이하게 한다. 이는 정밀한 측정이나 매우 드문 붕괴를 관찰하는 데 중요하다. 그러나 다발의 에너지는 [[싱크로트론 방사]]로 인한 손실로 인해 제한된다. 선형 충돌기에서 입자는 직선으로 이동하므로 싱크로트론 방사의 영향을 받지 않지만 다발은 재사용할 수 없으므로 많은 양의 데이터를 수집하기가 더 어렵다.

원형 경입자 충돌기인 LEP는 이전에는 달성할 수 없었던 에너지에서 [[전기-약 작용|전기-약 상호작용]]의 정밀 측정에 매우 적합했다.

== 역사 ==
LEP의 건설은 중요한 사업이었다. 1983년에서 1988년 사이에 유럽에서 가장 큰 토목 공학 프로젝트였다.<ref name="MyersPicasso2006">{{저널 인용|제목=The design, construction and commissioning of the CERN large Electron–Positron collider|저널=Contemporary Physics|성=Myers|이름=S.|성2=Picasso|이름2=E.|url=http://cds.cern.ch/record/226776|연도=2006|권=31|호=6|쪽=387–403|doi=10.1080/00107519008213789|issn=0010-7514}}</ref>

LEP 충돌기가 1989년 8월에 작동을 시작했을 때 전자와 양전자를 각각 총 에너지 45 [[전자볼트|GeV]]로 가속하여 질량이 91 GeV인 [[W와 Z보손|Z 보손]]의 생산을 가능하게 하였다.<ref name="MyersPicasso2006"/> 가속기는 나중에 각각 질량이 80 GeV인 한 쌍의 W 보손을 생산할 수 있도록 업그레이드되었다. LEP 가속기 에너지는 2000년 말 결국 209 GeV에서 정점을 찍었다.  200,000이 넘는 [[로런츠 인자|로렌츠 계수]] (= 입자 에너지/정지 질량 = [104.5 GeV/0.511 MeV])에서 LEP는 여전히 빛의 제한 속도에 매우 가까운 입자 가속기 속도 기록을 보유하고 있다. 2000년 말에 LEP는 운영이 중단된 후 '[[대형 강입자 충돌기]]'(LHC) 건설을 위한 터널 공간 확보를 위해 해체되었다.

== 작동 ==
[[파일:Radio_frequency_cavity-IMG_5781-white_(cropped).jpg|오른쪽|섬네일| [[유럽 입자 물리 연구소|CERN]]의 Microcosm 전시회에 전시된 '''LEP''' 의 오래된 RF 캐비티]]
LEP는 CERN의 가속기 복합체에 의해 전달되는 [[전자]]와 [[양전자]]를 공급받았다. 입자는 LEP Pre-Injector 에 의해 생성되고 초기에 가속되었으며, 양성자 [[싱크로트론]](Proton Synchrotron) 및 수퍼 양성자 싱크로트론(Super Proton Synchrotron)에 의해 거의 빛의 속도로 가속되었다. 거기에서 그들은 LEP 링에 주입되었다.

모든 [[입자 가속기|링 충돌기]]에서와 마찬가지로 LEP의 링은 [[전하|하전된]] 입자를 (즉 입자를 링 안에 유지할 수 있도록) 원형 궤적으로 강제하는 많은 [[자석]], [[전파|무선 주파수 파동]]으로 입자를 [[가속도|가속]]시키는 [[공명기|RF 가속기]], 입자 빔을 집중시키는 사중극자로 구성된다.  가속기의 기능은 입자가 충돌할 때 무거운 입자가 생성될 수 있도록 입자의 에너지를 증가시키는 것이었다. 입자가 최대 에너지로 가속되면(소위 다발에 집중) 전자와 양전자 다발이 검출기의 충돌 지점 중 하나에서 서로 충돌하게 된다. 전자와 양전자가 충돌하면 [[광자]] 또는 [[W와 Z보손|Z 보손]] 과 같은 [[가상 입자]]로 [[쌍소멸|소멸]]된다. 가상 입자는 거의 즉시 다른 기본 입자로 [[방사성 붕괴|붕괴]]되며, 그런 다음 거대한 입자 탐지기에 의해 감지된다.

== 감지기 ==
LEPC에는 지하 홀 내의 4개 충돌 지점 주변에 4개의 감지기가 있다. 각각은 작은 집의 크기였으며 [[에너지]], [[운동량]] 및 전하로 입자를 기록할 수 있었기 때문에 물리학자들은 발생한 입자 반응과 관련 [[기본 입자]]를 추론할 수 있었다. 이 데이터의 [[통계학|통계 분석]]을 수행하여 [[입자물리학|소립자 물리학]]에 대한 지식을 얻게 된다. LEP의 네 가지 탐지기는 Aleph, Delphi, Opal 및 L3라고 불렸다. 그것들은 보완적인 실험이 가능하도록 서로 다르게 만들어졌다.

=== 알레프 ===
감지기 ALEPH는 '''''A'''pparatus for '''LEP''' '''pH'''ysics at CERN'' 을 나타낸다. 검출기는 [[W와 Z보손|W-보손]]과 [[W와 Z보손|Z-보손]]의 질량을 1/1000 이내로 결정했다. 가벼운 중성미자를 가진 입자 군의 수는 {{Val|2.982|0.013}} 으로 결정되었으며, 이는 [[표준 모형|표준 모델]] 값 3과 일치한다. QCD( [[양자 색역학|양자색역학]] ) [[결합 상수]]의 실행은 다양한 에너지에서 측정되었으며 QCD의 [[섭동 이론|섭동]] 계산에 따라 실행되는 것으로 나타났다.<ref>{{웹 인용|url=http://aleph.web.cern.ch/aleph/aleph/Public.html|제목=Welcome to ALEPH|확인날짜=2011-09-14}}</ref>

=== 델파이 ===
DELPHI는 '''DE'''tector with '''L'''epton, '''P'''hoton 및 '''H'''adron '''I'''dentification의 약자이다.

=== 오팔 ===
OPAL은 '''O'''mni- '''P'''urpose '''A'''pparatus for '''L'''EP를 의미한다. 이 실험 기구의 이름인 오팔은 처음으로 디자인을 제안한 과학 협력체의 창립 멤버 중 일부가 이전에 [[함부르크]]의 DESY 에서 'JADE'(보석) 감지기에 대해 작업한 적이 있었기 때문에 말장난으로 만든 것이다.<ref>{{웹 인용|url=http://opal.web.cern.ch/opal/|제목=The OPAL Experiment at LEP 1989–2000|확인날짜=2011-09-14}}</ref> OPAL은 광범위한 데이터를 수집하도록 설계된 범용 감지기였다. 그 데이터는 [[W와 Z보손|Z 보손]] 선형의 고정밀 측정을 수행하고 표준 모델의 세부 테스트를 수행하며 새로운 물리학에 한계를 두는 데 사용되었다. 탐지기는 [[대형 강입자 충돌기|LHC]] 장비를 위해 2000년에 해체되었다. OPAL 배럴 전자기 열량계의 [[납유리|납 유리]] 블록은 현재 CERN의 NA62 실험 에서 광자 비토(veto) 검출기에 재사용되고 있다.

=== L3 ===
L3는 또 다른 LEP 실험기구이다.<ref>{{웹 인용|url=http://l3.web.cern.ch/l3/|제목=L3 Homepage|확인날짜=2011-09-14}}</ref> 그것의 거대한 팔각형 자석 리턴 요크(return yoke)는 동굴에 그대로 남아 LHC를 위한 ALICE 탐지기의 일부가 되었다.

== 결과 ==
LEP 실험의 결과에 의하여 [[표준 모형|표준 모델]]의 많은 수치에 대한 정확한 값이 가능하게 되었다. 중요한 것은 [[W와 Z보손|Z 보손]] 과 [[W와 Z보손|W 보손]] (1983년 초기 [[유럽 입자 물리 연구소|CERN]] 충돌기인 양성자-반양성자 충돌기 에서 발견됨)의 질량을 얻을 수 있었다는 것이다. 그래서 스탠다드 모델을 재확인하고 경험적 데이터의 견고한 기반 위에 이를 두게 되었다.

== 힉스 입자 ==
예정된 실행 시간이 끝날 무렵에, 데이터는 약 115 GeV 질량의 [[힉스 보손|Higgs 입자가]] 관찰되었을 수 있다는 감질나지만 결정적이지 않은 힌트를 제안했는데, 이는 현재 [[입자물리학|고에너지 물리학]]에서 일종의 [[성배]]였다. 실행 시간이 몇 달 동안 연장되었지만 소용이 없었다. 신호 강도는 91% [[신뢰 구간|신뢰 수준]]으로 해석되는 1.7 [[표준 편차]]에 머물렀고, 이는 입자 물리학자들이 발견했다고 주장하는 신뢰도보다 훨씬 낮았고, 수집된 LEP 데이터에 의한 실험 감지 영역의 최상단에 있었다. 확인을 받기 위해 LEP 운영을 1년 더 연장하자는 제안이 있었는데, 이는 [[대형 강입자 충돌기|LHC]]의 시작을 지연시켰을 것이다. 그러나 계획대로 LEP를 종료하고 LHC를 진행하기로 결정했다.

수년 동안 이 관찰은 Higgs Boson의 유일한 힌트였다. [[테바트론]](Tevatron)에서 2010년까지 이어진 후속 실험은 이러한 힌트를 확인하거나 반박할 만큼 충분히 민감하지 않았다. 그러나 2012년 7월부터 시작된 [[대형 강입자 충돌기|LHC]]의 ATLAS 및 CMS 실험은 약 125 GeV의 Higgs 입자에 대한 증거를 제시하여<ref>{{웹 인용|url=http://home.web.cern.ch/about/updates/2013/03/new-results-indicate-new-particle-higgs-boson|제목=New results indicate that new particle is a Higgs boson - CERN|웹사이트=home.web.cern.ch|보존url=https://web.archive.org/web/20151020000722/http://home.web.cern.ch/about/updates/2013/03/new-results-indicate-new-particle-higgs-boson|보존날짜=20 October 2015|url-status=live|확인날짜=24 April 2018}}</ref> 115 GeV 영역을 강력하게 제외시켰다.

== 같이 보기 ==
* [[전자-양전자 쌍소멸|전자-양전자 소멸]]
* [[대형 강입자 충돌기|대형 하드론 충돌기]]

== 각주 ==
{{각주}}

== 외부 링크 ==
* {{위키공용분류-줄}}
* [http://delphiwww.cern.ch/offline/lepwgs.html LEP Working Groups]
* [http://cds.cern.ch/record/226776 The LEP Collider from Design to Approval and Commissioning] excerpts from the John Adams memorial lecture delivered at CERN on 26 November 1990
* A short but good (though slightly outdated) overview (with nice photographs) about LEP and related subjects can be found in [https://web.archive.org/web/20040714083204/http://hepwww.rl.ac.uk/pub/bigbang/part1.html this online booklet] of the British ''Particle Physics and Astronomy Research Council''.
* [https://inspirehep.net/experiments/1607855 Experiment Record for LEP] on INSPIRE-HEP

{{전거 통제}}

[[분류:입자 실험]]