गार्गमेल

गर्गमेले 1970 और 1979 के बीच सीईआरएन में ऑपरेशन में एक भारी तरल बुलबुला कक्ष डिटेक्टर था। इसे न्युट्रीनो और न्यूट्रिनो # एंटीन्यूट्रिनो का पता लगाने के लिए डिज़ाइन किया गया था, जो डिटेक्टर के बनने से पहले 1970 और 1976 के बीच प्रोटॉन सिंक्रोट्रॉन (पीएस) से एक बीम के साथ उत्पादित किए गए थे। सुपर प्रोटोन सिंक्रोट्रॉन (एसपीएस) में ले जाया गया। 1979 में बुलबुला कक्ष में एक अपूरणीय दरार की खोज की गई, और डिटेक्टर को बंद कर दिया गया। यह वर्तमान में माइक्रोकॉसम (CERN)| का हिस्सा है सर्न में सूक्ष्म जगत प्रदर्शनी, जनता के लिए खुली।

गर्गमेले उस प्रयोग के लिए प्रसिद्ध है जहां तटस्थ धाराओं की खोज की गई थी। जुलाई 1973 में मिली तटस्थ धाराएँ W और Z बोसोन|Z के अस्तित्व का पहला प्रायोगिक संकेत थीं।0 बोसोन, और परिणामस्वरूप इलेक्ट्रोवीक सिद्धांत के सत्यापन की दिशा में एक बड़ा कदम।

गर्गमेले बुलबुला कक्ष डिटेक्टर, या उच्च-ऊर्जा भौतिकी प्रयोग दोनों को एक ही नाम से संदर्भित कर सकता है। यह नाम फ़्रांस्वा रबेलैस के 16वीं सदी के उपन्यास गार्गेंटुआ और पेंटाग्रुएल का जीवन से लिया गया है, जिसमें विशाल गर्गमेल गर्गेंटुआ की मां है।

पृष्ठभूमि
1960 के दशक में अलग-अलग कार्यों की एक श्रृंखला में शेल्डन ग्लासो, स्टीवन वेनबर्ग और नमस्ते अब्दुस  एक सिद्धांत लेकर आए, जिसने प्राथमिक कणों के बीच विद्युत चुम्बकीय और कमजोर संपर्क को एकीकृत किया - इलेक्ट्रोवीक सिद्धांत - जिसके लिए उन्होंने भौतिकी में 1979 का नोबेल पुरस्कार साझा किया। उनके सिद्धांत ने W और Z बोसोन|W के अस्तित्व की भविष्यवाणी की थी±और Z0 कमजोर बल के प्रचारक के रूप में बोसॉन। डब्ल्यू± बोसॉन में विद्युत आवेश होता है, या तो धनात्मक (W+) या नकारात्मक (W−), Zहालाँकि, 0पर कोई शुल्क नहीं है। एक Z का आदान-प्रदान0 बोसॉन गति, स्पिन (भौतिकी), और ऊर्जा को स्थानांतरित करता है लेकिन कण की क्वांटम संख्याओं को अप्रभावित छोड़ देता है - चार्ज, फ्लेवर (कण भौतिकी), बैरियन संख्या, लेप्टान संख्या, आदि। चूंकि विद्युत आवेश का कोई स्थानांतरण नहीं होता है, इसलिए एक Z का आदान-प्रदान0को तटस्थ धारा कहा जाता है। तटस्थ धाराएँ विद्युत कमजोर सिद्धांत की भविष्यवाणी थीं।

1960 में मेल्विन श्वार्ट्ज ने एक ऊर्जावान त्वरक न्यूट्रिनो के उत्पादन की एक विधि प्रस्तावित की। इस तरह के बीम का उपयोग 1962 में ब्रुकहेवन राष्ट्रीय प्रयोगशाला में एक प्रयोग में श्वार्ट्ज और अन्य लोगों द्वारा किया गया था, जिससे पता चला कि न्यूट्रिनो विभिन्न प्रकार के होते हैं: म्यूऑन न्यूट्रिनो और इलेक्ट्रॉन न्यूट्रिनो। श्वार्ट्ज को इस खोज के लिए भौतिकी में 1988 का नोबेल पुरस्कार साझा किया गया। श्वार्ट्ज के विचार से पहले कमजोर अंतःक्रियाओं का अध्ययन केवल प्राथमिक कणों, विशेष रूप से अजीब कणों के क्षय में किया गया था। इन नए न्यूट्रिनो बीमों के उपयोग से कमजोर अंतःक्रिया के अध्ययन के लिए उपलब्ध ऊर्जा में काफी वृद्धि हुई। गर्गमेले पहले प्रयोगों में से एक था जिसमें पीएस से प्रोटॉन बीम के साथ उत्पादित न्यूट्रिनो बीम का उपयोग किया गया था।

बुलबुला कक्ष बस एक कंटेनर होता है जो अत्यधिक गर्म तरल से भरा होता है। कक्ष के माध्यम से यात्रा करने वाला एक आवेशित कण एक आयनीकरण ट्रैक छोड़ देगा, जिसके चारों ओर तरल वाष्पीकृत हो जाता है, जिससे सूक्ष्म बुलबुले बनते हैं। संपूर्ण कक्ष एक निरंतर चुंबकीय क्षेत्र के अधीन है, जिससे आवेशित कणों के ट्रैक वक्र हो जाते हैं। वक्रता त्रिज्या कण के संवेग के समानुपाती होती है। पटरियों की तस्वीरें खींची जाती हैं, और पटरियों का अध्ययन करके कोई भी पता लगाए गए कणों के गुणों के बारे में जान सकता है। गार्गामेल बुलबुला कक्ष के माध्यम से यात्रा करने वाली न्यूट्रिनो किरण ने डिटेक्टर में कोई ट्रैक नहीं छोड़ा, क्योंकि न्यूट्रिनो पर कोई चार्ज नहीं होता है। इसलिए, पदार्थ के घटकों के साथ न्यूट्रिनो की परस्पर क्रिया से उत्पन्न कणों का अवलोकन करके, न्यूट्रिनो के साथ अंतःक्रिया का पता लगाया गया। न्यूट्रिनो में बहुत छोटा क्रॉस सेक्शन (भौतिकी) है, यानी, बातचीत की संभावना बहुत कम है। जबकि बुलबुला कक्ष आम तौर पर तरल हाइड्रोजन से भरे होते हैं, गार्गामेल एक भारी तरल - लिफ्ट के रूप में 3 (फ़्रीऑन) से भरा होता है - जिससे न्यूट्रिनो इंटरैक्शन देखने की संभावना बढ़ जाती है।

संकल्पना एवं निर्माण
60 के दशक में न्यूट्रिनो भौतिकी का क्षेत्र तेजी से विस्तार में था। बबल चैंबर्स का उपयोग करने वाले न्यूट्रिनो प्रयोग पहले से ही सीईआरएन, पीएस में पहले सिंक्रोटॉन  पर चल रहे थे, और बबल चैंबर्स की अगली पीढ़ी का सवाल कुछ समय से एजेंडे में था। पेरिस में इकोले पॉलिटेक्निक|इकोले पॉलिटेक्निक के एक प्रतिष्ठित भौतिक विज्ञानी आंद्रे लैगरिग और उनके कुछ सहयोगियों ने 10 फरवरी 1964 को पहली प्रकाशित रिपोर्ट लिखी, जिसमें सीईआरएन की देखरेख में एक भारी तरल कक्ष के निर्माण का प्रस्ताव रखा गया था। उन्होंने सात प्रयोगशालाओं से मिलकर एक सहयोग बनाया: इकोले पॉलिटेक्निक|इकोले पॉलिटेक्निक पेरिस, आरडब्ल्यूटीएच आचेन, यूनिवर्सिटी लिब्रे डी ब्रुक्सेल्स, यूनिवर्सिटी लिब्रे डी ब्रुक्सेल्स|इस्टिट्यूटो डि फिसिका डेल'यूनिवर्सिटा डि मिलानो, :fr:लेबोरेटोइरे डे ल'एक्सेलरेटर लीनियर, यूनिवर्सिटी कॉलेज लंदन और CERN. प्रयोग के लिए भौतिकी प्राथमिकताओं को सूचीबद्ध करने के लिए समूह की बैठक 1968 में मिलान में हुई: आज गर्गमेले तटस्थ धाराओं की खोज के लिए प्रसिद्ध है, लेकिन भौतिकी कार्यक्रम तैयार करते समय इस विषय पर चर्चा भी नहीं की गई थी, और अंतिम प्रस्ताव में इसे इस प्रकार स्थान दिया गया है प्राथमिकता में पांचवां. उस समय इलेक्ट्रोवीक सिद्धांत को लेकर कोई आम सहमति नहीं थी, जो प्राथमिकताओं की सूची की व्याख्या कर सके। इसके अलावा, दो आवेशित लेपटोन में तटस्थ काओन के क्षय में तटस्थ धाराओं की तलाश करने वाले पहले के प्रयोगों ने लगभग 10 की बहुत छोटी सीमा मापी थी−7.

बजटीय संकट के कारण, अपेक्षा के विपरीत, 1966 में प्रयोग को मंजूरी नहीं दी गई। सीईआरएन के महानिदेशकों की सूची विक्टर वीस्कॉफ़ और वैज्ञानिक निदेशक बर्नार्ड ग्रेगोरी ने खुद पैसा लगाने का फैसला किया, बाद में 1966 की देय किस्त को कवर करने के लिए सीईआरएन को ऋण की पेशकश की। अंतिम अनुबंध पर 2 दिसंबर 1965 को हस्ताक्षर किए गए थे, जिससे सीईआरएन के इतिहास में यह पहली बार हुआ कि इस तरह के निवेश को परिषद द्वारा अनुमोदित नहीं किया गया था, बल्कि महानिदेशक द्वारा अपने कार्यकारी अधिकार का उपयोग करके अनुमोदित किया गया था।

गर्गमेले कक्ष का निर्माण पूरी तरह से सैकले परमाणु अनुसंधान केंद्र में किया गया था। हालाँकि निर्माण में लगभग दो साल की देरी हुई, अंततः इसे दिसंबर 1970 में CERN में इकट्ठा किया गया, और पहला महत्वपूर्ण कार्य मार्च 1971 में हुआ।

चैम्बर
गार्गामेल 4.8 मीटर लंबा और 2 मीटर व्यास का था, और इसमें 12 घन मीटर भारी तरल फ्रीऑन था। आवेशित कणों की पटरियों को मोड़ने के लिए, गर्गमेले को 2 टेस्ला क्षेत्र प्रदान करने वाले एक चुंबक से घिरा हुआ था। चुम्बक की कुंडलियाँ पानी से ठंडा किये गये तांबे से बनी होती थीं, और गर्गमेले के आयताकार आकार का अनुसरण करती थीं। तरल को पर्याप्त तापमान पर बनाए रखने के लिए, तापमान को नियंत्रित करने के लिए, चैम्बर बॉडी के चारों ओर कई पानी की नलियाँ होती हैं। संपूर्ण स्थापना का वजन 1000 टन से अधिक था।

किसी कार्यक्रम की रिकॉर्डिंग करते समय, कक्ष को रोशन किया गया और तस्वीरें खींची गईं। रोशनी प्रणाली ने प्रकाश उत्सर्जित किया जो बुलबुले द्वारा 90° पर बिखरा हुआ था, और प्रकाशिकी में भेजा गया था। प्रकाश स्रोत में चैम्बर बॉडी के सिरों पर और सिलेंडर के आधे से अधिक भाग पर स्थित 21 बिंदु फ्लैश शामिल थे। प्रकाशिकी सिलेंडर के विपरीत आधे भाग में स्थित थी, जो चैम्बर अक्ष के समानांतर दो पंक्तियों में वितरित थी, प्रत्येक पंक्ति में चार प्रकाशिकी थीं। उद्देश्य 90° कोणीय क्षेत्र वाले लेंसों की एक असेंबली द्वारा बनाया गया था जिसके बाद एक अपसारी लेंस लगाया गया जो क्षेत्र को 110° तक फैलाता है।

न्यूट्रिनो किरण
गर्गमेले को न्यूट्रिनो और एंटीन्यूट्रिनो का पता लगाने के लिए डिज़ाइन किया गया था। न्यूट्रिनो और एंटीन्यूट्रिनो का स्रोत PS से 26 GeV की ऊर्जा पर एक प्रोटॉन किरण था। प्रोटॉन को एक चुंबक द्वारा निकाला गया और फिर क्वाड्रुपोल और द्विध्रुव मैग्नेट की एक उपयुक्त श्रृंखला के माध्यम से निर्देशित किया गया, जिससे लक्ष्य पर बीम को समायोजित करने के लिए स्थिति और अभिविन्यास में स्वतंत्रता की आवश्यक डिग्री प्रदान की गई। लक्ष्य 90 सेमी लंबा और 5 मिमी व्यास वाला फीरोज़ा  का एक सिलेंडर था। लक्ष्य सामग्री को इसलिए चुना गया ताकि टकराव में उत्पन्न होने वाले हैड्रोन मुख्य रूप से पियोन और काओन हों, जो दोनों न्यूट्रिनो में विघटित हो जाते हैं। उत्पादित पियोन और काओन में विभिन्न प्रकार के कोण और ऊर्जाएं होती हैं, और परिणामस्वरूप उनके क्षय उत्पाद में भी भारी गति से प्रसार होगा। चूँकि न्यूट्रिनो पर कोई आवेश नहीं होता, इसलिए उन्हें विद्युत या चुंबकीय क्षेत्र से केंद्रित नहीं किया जा सकता। इसके बजाय, नोबेल पुरस्कार विजेता साइमन वैन डेर मीर द्वारा आविष्कार किए गए चुंबकीय हॉर्न का उपयोग करके द्वितीयक कणों पर ध्यान केंद्रित किया जाता है। हॉर्न के आकार और चुंबकीय क्षेत्र की ताकत को उन कणों की एक श्रृंखला का चयन करने के लिए ट्यून किया जा सकता है जिन्हें सबसे अच्छा ध्यान केंद्रित किया जाना है, जिसके परिणामस्वरूप काओन और पियोन के क्षय के रूप में ऊर्जा की एक चुनी हुई सीमा के साथ एक केंद्रित एक्सेलेरेटर न्यूट्रिनो होता है। हॉर्न के माध्यम से धारा को उलट कर, एक एक्सेलेरेटर न्यूट्रिनो का उत्पादन किया जा सकता है। गर्गमेले एक न्यूट्रिनो और एक एंटीन्यूट्रिनो बीम में बारी-बारी से दौड़ा। वैन डेर मीर के आविष्कार ने न्यूट्रिनो प्रवाह को 20 गुना बढ़ा दिया। न्यूट्रिनो बीम की ऊर्जा 1 और 10 GeV के बीच थी।

ध्यान केंद्रित करने के बाद, पियोन और काओन को 70 मीटर लंबी सुरंग के माध्यम से निर्देशित किया गया, जिससे वे क्षय हो गए। पियोन और काओन जो सड़ते नहीं थे, सुरंग के अंत में एक ढाल से टकराए और अवशोषित हो गए। क्षय होने पर, पियोन और काओन सामान्यतः सड़ जाते हैं $π→μ + ν$ और $K→μ + ν$, जिसका अर्थ है कि न्यूट्रिनो का प्रवाह म्यूऑन के प्रवाह के समानुपाती होगा। चूंकि म्यूऑन को हैड्रोन के रूप में अवशोषित नहीं किया गया था, इसलिए लंबे परिरक्षण में विद्युत चुम्बकीय धीमी प्रक्रिया द्वारा चार्ज किए गए म्यूऑन के प्रवाह को रोक दिया गया था। न्यूट्रिनो फ्लक्स को परिरक्षण में विभिन्न गहराई पर रखे गए सिलिकियम-गोल्ड डिटेक्टरों के छह विमानों के माध्यम से संबंधित म्यूऑन फ्लक्स के माध्यम से मापा गया था।

1971-1976 के वर्षों के दौरान तीव्रता में बड़े सुधार कारक प्राप्त हुए, पहला पीएस के लिए एक नए इंजेक्टर के साथ - प्रोटॉन सिंक्रोट्रॉन बूस्टर - और दूसरा बीम ऑप्टिक्स के सावधानीपूर्वक अध्ययन से।

परिणाम और खोजें
गर्गमेले की पहली मुख्य खोज न्युक्लियोन  से म्यूऑन-न्यूट्रिनो और न्यूट्रिनो#एंटीन्यूट्रिनो के कठोर-प्रकीर्णन के साक्ष्य की खोज करना था। मार्च 1972 में प्राथमिकताएँ बदल गईं, जब हैड्रान न्यूट्रल करंट के अस्तित्व के पहले संकेत स्पष्ट हो गए। तब तटस्थ वर्तमान उम्मीदवारों की तलाश में दोतरफा हमला करने का निर्णय लिया गया। एक पंक्ति लेप्टोनिक घटनाओं की खोज करेगी - तरल में एक इलेक्ट्रॉन के साथ बातचीत से जुड़ी घटनाएं, उदाहरण के लिए muon neutrino + electron → muon neutrino + electron या muon antineutrino + electron → muon antineutrino + electron. दूसरी पंक्ति हैड्रोनिक घटनाओं की खोज करेगी - जिसमें हैड्रॉन से बिखरे हुए न्यूट्रिनो शामिल होंगे, उदाहरण के लिए neutrino + proton → neutrino + proton, neutrino + neutron → neutrino + proton + Pion- या proton → neutrino + neutron + Pion+, साथ ही कई हैड्रोन वाली घटनाएं। लेप्टोनिक घटनाओं में छोटे क्रॉस सेक्शन (भौतिकी) | क्रॉस-सेक्शन होते हैं, लेकिन तदनुसार छोटी पृष्ठभूमि होती है। हेड्रोनिक घटनाओं की पृष्ठभूमि बड़ी होती है, सबसे अधिक व्यापक रूप से न्यूट्रॉन के कारण होता है जब न्यूट्रिनो कक्ष के चारों ओर सामग्री में बातचीत करते हैं। न्यूट्रॉन, बिना किसी आवेश के, बुलबुला कक्ष में नहीं पाए जाएंगे, और उनकी बातचीत का पता लगाना तटस्थ धाराओं की घटनाओं की नकल करेगा। न्यूट्रॉन पृष्ठभूमि को कम करने के लिए, हैड्रोनिक घटनाओं की ऊर्जा 1 GeV से अधिक होनी चाहिए।

लेप्टोनिक घटना का पहला उदाहरण दिसंबर 1972 में आरडब्ल्यूटीएच आचेन के एक स्नातक छात्र द्वारा गर्गमेले में पाया गया था। मार्च 1973 तक 166 हैड्रोनिक घटनाएँ पाई गईं, न्यूट्रिनो बीम के साथ 102 घटनाएँ और एंटीन्यूट्रिनो बीम के साथ 64 घटनाएँ। हालाँकि, न्यूट्रॉन पृष्ठभूमि का प्रश्न हैड्रोनिक घटनाओं की व्याख्या पर लटका हुआ था। समस्या को आवेशित वर्तमान घटनाओं का अध्ययन करके हल किया गया था जिसमें एक संबद्ध न्यूट्रॉन इंटरैक्शन भी था जो कि हैड्रोनिक घटना चयन को संतुष्ट करता था। इस प्रकार किसी के पास न्यूट्रॉन पृष्ठभूमि प्रवाह का मॉनिटर होता है। 19 जुलाई 1973 को गर्गमेले सहयोग ने सीईआरएन में एक सेमिनार में तटस्थ धाराओं की खोज प्रस्तुत की।

गर्गमेले सहयोग ने लेप्टोनिक तटस्थ धाराओं - एक इलेक्ट्रॉन के साथ न्यूट्रिनो की बातचीत से जुड़ी घटनाएं - और हैड्रोनिक तटस्थ धाराओं - दोनों घटनाओं की खोज की जब एक न्यूट्रिनो एक न्यूक्लियॉन से बिखरा हुआ होता है। यह खोज बहुत महत्वपूर्ण थी क्योंकि यह इलेक्ट्रोवीक सिद्धांत के समर्थन में थी, जो आज मानक मॉडल का एक स्तंभ है। इलेक्ट्रोवीक सिद्धांत का अंतिम प्रायोगिक प्रमाण 1983 में आया, जब UA1 और UA2 ने W और Z बोसोन|W की खोज की।±और Z0 बोसॉन.

प्रारंभ में गर्गमेले की पहली प्राथमिकता न्यूट्रिनो और एंटीन्यूट्रिनो क्रॉस-सेक्शन और संरचना कार्यों को मापना था। इसका कारण न्यूक्लियॉन के क्वार्क मॉडल का परीक्षण करना था। सबसे पहले न्यूट्रिनो और एंटीन्यूट्रिनो क्रॉस-सेक्शन को ऊर्जा के साथ रैखिक दिखाया गया था, जो कि न्यूक्लियॉन में बिंदु-जैसे घटकों के बिखरने की अपेक्षा करता है। न्यूट्रिनो और एंटीन्यूट्रिनो संरचना कार्यों के संयोजन से न्यूक्लियॉन में क्वार्क की शुद्ध संख्या निर्धारित करने की अनुमति मिली, और यह 3 के साथ अच्छे समझौते में था। इसके अलावा, अमेरिका में स्टैनफोर्ड रैखिक त्वरक केंद्र (एसएलएसी) के परिणामों के साथ न्यूट्रिनो परिणामों की तुलना की गई। एक इलेक्ट्रॉन किरण, किसी ने पाया कि क्वार्क में भिन्नात्मक आवेश होते हैं, और प्रयोगात्मक रूप से इन आवेशों के मूल्यों को सिद्ध किया: +$2/3$ प्राथमिक प्रभार, -$1/3$ इ। परिणाम 1975 में प्रकाशित हुए, जो क्वार्क के अस्तित्व के लिए महत्वपूर्ण सबूत प्रदान करते हैं।

यह भी देखें

 * प्रोटॉन सिंक्रोट्रॉन
 * यूए1 प्रयोग
 * UA2 प्रयोग
 * डब्ल्यू और जेड बोसोन
 * बुलबुला कक्ष

अग्रिम पठन

 * University of Nottingham, "Gargamelle and Neutral Currents"

बाहरी संबंध

 * Gargamelle experiment record on INSPIRE-HEP