גרגמל (גלאי חלקיקים)

גלאי החלקיקים גרגמל (באנגלית: Gargamelle) היה תא בועות ב-CERN, שמטרתו הייתה גילוי נייטרינו ואנטינייטרינו. הגלאי פעל בין השנים 1970–1979.

כיצד פועל תא בועות 
תא בועות הוא מיכל מלא נוזלים המצויים בחימום-על ותחת שדה מגנטי אחיד. החלקיקים הטעונים החוצים את תא הגלאי מייננים את הנוזל לאורך המסלול בו הם עוברים. אנרגיית היינון מאדה את הנוזל ובכך גורמת להופעת בועות גז. שובלי הבועות הנוצרים, אשר מסמנים את מסלולי החלקיקים, מצולמים על ידי מצלמות המוצבות על גג הגלאי. השדה המגנטי בתא מאפשר לזהות את המטען החשמלי של החלקיקים העוברים בגלאי, אם הוא קיים.

היסטוריה 
תחום פיזיקת הניוטרינו התפתח לקראת שנות ה-60. ניסויים בניוטרינו היו כבר בסינכרוטרון הראשון ב-CERN (סינכוטרון פרוטונים, PS). אנדרה לגאריג, פיזיקאי מוערך באקול פוליטכניק בפריז, כתב דו"ח יחד עם כמה מעמיתיו, אשר פורסם ב-10 בפברואר 1964, ובו הציעו להקים תא נוזלים כבדים שיוקם תחת פיקוח של CERN.

הקבוצה שהקים נפגשה במילאנו ב-1968 כדי לפרט את סדרי העדיפויות הפיזיקליים לניסויים. היום גרגמל ידוע בשל גילוי הזרמים הנייטרלים, אך בפגישה שבה נהגתה  התוכנית וסדרי העדיפויות שלה, הנושא לא נדון כלל, ובתוכנית שפורסמה בפועל ההצעה לזרמים נייטרלים דורגה רק במקום החמישי בעדיפות. במילים אחרות, לפני בנייתו של גרגמל לא היה קונצנזוס סביב התאוריה המאחדת בין הכוח החשמלי לכוח החלש – דבר שיכול להסביר את מיקומו ברשימת העדיפויות. בנוסף, בניסויים קודמים שחיפשו זרמים נייטרלים בהתפרקות קאון נייטרלי לשני לפטונים טעונים, נמדדו גבולות קטנים מאוד של 10−7 שלא אפשרו הסקת מסקנות לגבי זרמים חשמליים.

הגלאי נקרא על שם האם של משפחת הענקים, בקלסיקה הצרפתית המשעשעת מהמאה ה-16  "גרגנטואה ופנטגרואל" של פרנסואה רבלה.

מבנה הגלאי 

 אורך: 4.8 מטר
 קוטר: 2 מטר
 משקל: 1000 טון

בתוך הגלאי היו 12 מטרים מעוקבים של פראון נוזלי-כבד (CF3Br).

על מנת לשנות את מסלול החלקיקים, גרגמל הוקף במגנט אשר סיפק שדה מגנטי של שני טסלה. סלילי המגנט היו עשויים מנחושת מקוררת במים, אשר היו מסביב לצורה המלבנית של גרגמל.

כדי לשמור על הנוזל בטמפרטורה המתאימה, מספר צינורות מים הקיפו את הגוף של התא על מנת לווסת את הטמפרטורה, כל המתקן שקל מעל 1000 טון.

בעת צילום מתא הבועות, החדר בו נמצא גרגמל היה מואר.

מערכת האורות פולטת אור אשר מפוזר ב-90 מעלות על ידי הבועות, ונשלחים לחיישנים אופטיים.

מקור האור כלל 21 נקודות הבזק הנוטות אל קצוות התא וכן, מעל מחצית אחת של הצילינדר.

חיישני האור היו ממוקמים בחצי השני של הצילינדר, אשר מפוצל לשתי שורות במקביל לציר התא, בכל שורה יש ארבעה חיישנים אופטיים.

על מנת לקלוט מרחב גדול יותר מתא הגלאי יש, תאי האור מורכבים עם שדה זוויתי של 90 מעלות ואחריהם יש עדשות המרחיבות את השדה ל 110 מעלות.

תרומת הגלאי 

בין השנים 1972–1974 סיפק הגלאי הוכחות לקיומם של קוורקים – חלקיקים בסיסיים המרכיבים חלקיקים אחרים, כגון פרוטונים ונייטרונים.

בעזרת הניסויים בגלאי, גילו מדענים שמטעניהם של הקוורקים הם  או  ממטען הפרוטון.

תחילה, מטרת גרגמל הייתה לחפש הוכחה לפיזור הנוקשה של מיואון-ניוטרינים ואנטי-ניוטרינו מגרעיני חלקיקים, אך סדרי העדיפויות השתנו במרץ 1972 כאשר התגלו רמזים ראשונים לקיומו של זרם הדרוני נייטרלי (hadronic neutral current). לכן, הוחלט לבצע שני חיפושים שונים אחרי חלקיקים נייטרלים, חיפוש אחד באירועים לפטוניים (אירועים הקשורים לאינטראקציה עם אלקטרון בנוזל) וחיפוש שני באירועים הדרוניים הכוללים ניוטרינו אשר מתפזר מההדרון.

הניוטרינים אינם מזוהים בתא בועות כיוון שאין להם מטען והאינטראקציה שלהם דומה לאירועים של זרמים נייטרלים. לכן, כדי להפחית את הרקע של הניטרונים, האנרגיה של ההדרון צריכה הייתה להיות גדולה מ-1 GeV.

הדוגמה הראשונה לאירוע לפטוני נמצאה בדצמבר 1972. במרץ 1973 נמצאו 166 אירועים הידרונים, 102 אירועים של ניוטרינו ו64 אירועים עם אנטי-ניוטרינו.

בסמינר שהתקיים ב-CERN ביולי 1973, הוצגו הוכחות ראשונות לקיומו של הכוח החלש. גילוי שנחזה באמצע שנות השישים על ידי שלושה מדענים: שלדון גלאשו, עבדוס סלאם וסטיבן ויינברג. הם טענו שקיים חלקיק נייטרלי הנושא את הכוח החלש.

בנוסף, בגלאי הגרגמל גילו לפטונים נייטרלים אשר היו לו זרמים נייטרלים, התגלית הייתה חשובה כיוון שהיא תומכת בתיאורית הכוח האלקטרו-חלש וכיום היא אחד מעמודי התווך של המודל הסטנדרטי.

ב-1979, התגלה סדק בלתי הפיך בתא הבועה, והגלאי הוצא מכלל פעולה. גוף הגלאי נמצא בתערוכה בגן המיקרוקוסמוס במרכז לפיזיקת חלקיקים CERN.

מידע נוסף 
בעזרת הגלאי גרגמל הצליחו להתבונן בפעם הראשונה באינטראקציה של הכוח החלש אשר כלל רק לפטונים, שבהם מיואון-ניוטרינים פוגעים באלקטרון אשר יוצר אלקטרון-ניוטרינו ומיואון.

קישורים חיצוניים

הערות שוליים 

CERN
גלאי חלקיקים