Heute vor 30 Jahren gaben Physiker des CERN die Entdeckung des W-Bosons bekannt. Das elektrisch geladene Boson ist ein Elementarteilchen, das die schwache Wechselwirkung vermittelt, eine der vier fundamentalen Grundkräfte der Physik. Die Entdeckung gelang nach nur drei Forschungsjahren mit dem Super Proton Synchrotron (SPS) des CERN – einer Maschine, die ursprünglich dafür entwickelt wurde, Protonenstrahlen zu beschleunigen und die der erste Protonen-Antiprotonen-Kollidierer der Welt wurde.
Im Jahr 1976 schlugen die Physiker Carlo Rubbia, Peter McIntyre und David Cline vor, den SPS (damals der größte Beschleuniger des CERN) von einem Ein-Strahl-Beschleuniger in einen Zwei-Strahlen-Kollidierer zu modifizieren. Die Maschine würde einen Protonenstrahl mit einem Strahl aus Antiprotonen kollidieren lassen, was die verfügbare Energie deutlich erhöhen würde, verglichen mit einem einzigen Strahl, der auf ein festes Ziel trifft. Das Ziel war es, Energien zu erreichen, die hoch genug waren, um W-Teilchen und damit zusammenhängende Z-Teilchen zu produzieren. Simon van der Meer vom CERN hatte bereits eine Möglichkeit erfunden, dichte Strahlen aus Protonen oder Antiprotonen zu erzeugen und zu speichern, aber die Umwandlung des SPS in einen Kollidierer war trotzdem ein kühner Schachzug.
Zwei bewegliche Detektoren, UA1 und UA2, wurden maßgefertigt um die Strahlröhre des SPS herum gebaut, um in Protonen-Antiprotonen-Kollisionen nach Signaturen des W-Teilchens zu suchen. 1981 begannen sie mit der Sammlung von Kollisionsdaten.
Video-Link: https://youtu.be/CPYSdrpg-Co
60-minütige Dokumentation über die Art der Experimente und die Entdeckung des W-Bosons. ((c)1983 CERN / BBC Open University)
Der erste Kandidat für ein W-Teilchen wurde im November 1982 gefunden und auf einem Workshop über Protonen und Antiprotonen begutachtet, der vom 12. bis zum 14. Januar 1983 in Rom (Italien) stattfand. In einem Seminar am 20. Januar 1983 gab Carlo Rubbia sechs Ereignisse für W-Kandidaten am UA1 bekannt. Am folgenden Nachmittag verkündete Luigi Di Lella in einem vollen Hörsaal vier Kandidatenereignisse am UA2. Am 25. Januar 1983 gab CERN die Entdeckung öffentlich bekannt.
Die Entdeckung war so wichtig, dass die zwei bedeutendsten Wissenschaftler hinter ihr nur ein Jahr später den Nobelpreis für Physik erhielten. Carlo Rubbia, Initiator für die Umwandlung des Beschleunigers und Sprecher des UA1-Experiments, teilte sich den Preis mit Simon van der Meer, dessen Technologie entscheidend für den Betrieb des Kollidierers war.
Die Entdeckung des W-Bosons validierte die Theorie der elektroschwachen Wechselwirkung nochmals. Sie half auch, die Entscheidung zum Bau des nächsten großen Beschleunigers sicherzustellen: des Large Electron Positron Collider, dessen Aufgabe es war, große Mengen W- und Z-Teilchen für weitere Studien zu produzieren.
Quelle: http://home.web.cern.ch/about/updates/2013/01/carrying-weak-force-thirty-years-w-boson
(THK)
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