การทดลอง CPLEARใช้ลำแสงแอนติโปรตอน ของสิ่งอำนวยความสะดวก LEAR – วงแหวนแอนติโปรตอนพลังงาน ต่ำ ซึ่งดำเนินการที่ CERNตั้งแต่ปี 1982 ถึง 1996 – เพื่อผลิตเคออนกลางผ่านการทำลายล้างโปรตอน - แอนติโปรตอนเพื่อศึกษา การละเมิด CP , TและCPTในระบบเคออนกลาง^{[ 1 ]}

ตามทฤษฎีบิ๊กแบงสสารและปฏิสสารควรมีอยู่จำนวนเท่ากันในช่วงเริ่มต้นของจักรวาลหากเป็นเช่นนั้นอนุภาคและปฏิอนุภาคจะทำลายล้างซึ่งกันและกัน ก่อให้เกิดโฟ ตอน และด้วยเหตุนี้ จักรวาลจึงประกอบด้วยแสง เท่านั้น (อนุภาคสสารหนึ่งอนุภาคต่อ โฟ ^{ตอน 10¹⁸ อนุภาค) อย่างไรก็ตาม มีเพียงสสารเท่านั้นที่ยังคงอยู่ และ} มี อนุภาคมากกว่าที่คาดการณ์ไว้ถึงหนึ่งพันล้านเท่า เกิดอะไรขึ้นกันแน่ที่ทำให้ปฏิส สารหายไปและสสารกลับเพิ่มขึ้น? คำตอบที่เป็นไปได้สำหรับคำถามนี้คือบาริโอเจเนซิส กระบวนการทางกายภาพสมมุติฐานที่เกิดขึ้นในช่วงต้นของจักรวาล ซึ่งก่อให้เกิดความไม่สมมาตรของบาริโอน กล่าวคือ ความไม่สมดุลของ สสาร (บาริโอน) และปฏิสสาร (แอนติบาริโอน) ในจักรวาลที่สังเกตได้ อย่างไรก็ตาม บาริโอเจเนซิสจะเป็นไปได้ก็ต่อเมื่ออยู่ภาย ใต้ เงื่อนไข ต่อไปนี้ ที่เสนอโดยอันเดรย์ ซาคาโรฟในปี 1967:

• การละเมิดเลขแบริออ น${\displaystyle B}$
• การละเมิดสมมาตร Cและสมมาตร CP
• ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นนอกสภาวะสมดุลทางความร้อน

การทดสอบ การละเมิด CPครั้งแรกในเชิงทดลองเกิดขึ้นในปี 1964 ด้วยการทดลอง Fitch-Croninการทดลองนี้เกี่ยวข้องกับอนุภาคที่เรียกว่าK-meson ที่เป็นกลาง ซึ่งมีคุณสมบัติที่จำเป็นสำหรับการทดสอบ CP โดยบังเอิญ ประการแรก ในฐานะเมซอน พวกมันเป็นการรวมกันของควาร์กและแอนติควาร์ก ในกรณีนี้คือดาวน์และแอนติสเตรนจ์หรือแอนติดาวน์และ สเตรน จ์ ประการที่สอง อนุภาคสองชนิดที่แตกต่างกันนี้มีค่า CP ที่แตกต่างกันและ โหมด การสลายตัว ที่แตกต่างกัน : K มี CP = +1 และสลายตัวเป็นไพอน สองตัว ; K มี CP = −1 และสลายตัวเป็นสามตัว เนื่องจากการสลายตัวที่มีการเปลี่ยนแปลงมวลมากขึ้นเกิดขึ้นได้ง่ายกว่า การสลายตัวของ K จึงเกิดขึ้นเร็วกว่าการสลายตัวของ K ถึง 100 เท่า ซึ่งหมายความว่าลำแสงของเคออนที่เป็นกลางที่มีความยาวเพียงพอจะกลายเป็น K ที่บริสุทธิ์อย่างไม่จำกัด หลังจากเวลาที่เพียงพอ การทดลอง Fitch-Cronin ใช้ประโยชน์จากสิ่งนี้ หากอนุญาตให้ K ทั้งหมด สลายตัวออกจากลำแสงของเคออนผสมควรจะสังเกตเห็นเฉพาะการสลายตัวของ K แสดงว่า K เปลี่ยนไปเป็น K และ CP สำหรับอนุภาคเปลี่ยนจาก −1 เป็น +1 และ CP ไม่ได้รับการอนุรักษ์ ผลการทดลองพบว่ามีเหตุการณ์เกิน 45±9 เหตุการณ์รอบ cos(θ) = 1 ในช่วงมวลที่ถูกต้องสำหรับการสลายตัวของไพอน 2 ตัว ซึ่งหมายความว่าสำหรับการสลายตัวของ K เป็นไพอน 3 ตัว จะมีการสลายตัวเป็นไพอน 2 ตัว (2.0±0.4)×10-3 ครั้ง เนื่องจากเหตุนี้ เมซอน K ที่เป็นกลางจึงละเมิด CP ^{[ 2 ]}การศึกษาอัตราส่วนของการผลิตเคออนที่เป็นกลางและแอนติเคออนที่เป็นกลางจึงเป็นเครื่องมือที่มีประสิทธิภาพในการทำความเข้าใจสิ่งที่เกิดขึ้นในเอกภพยุคแรกที่ส่งเสริมการผลิตสสาร^{[ 3 ]}

CPLEAR เป็นความร่วมมือของนักวิทยาศาสตร์ประมาณ 100 คน จาก 17 สถาบันใน 9 ประเทศที่แตกต่างกัน การทดลองนี้ได้รับการยอมรับในปี 1985 และเก็บข้อมูลตั้งแต่ปี 1990 จนถึงปี 1996 ^{[ 1 ]}จุดประสงค์หลักคือการศึกษา สมมาตร CP , TและCPTในระบบคาออนที่เป็นกลาง

นอกจากนี้ CPLEAR ยังทำการวัดเกี่ยวกับความสอดคล้อง เชิงควอนตัม ของฟังก์ชันคลื่นs ความสัมพันธ์ ของโบส-ไอน์สไตน์ใน สถานะ ไพอน หลายตัว การสร้างใหม่ขององค์ประกอบเคออนที่มีอายุสั้นในสสารปรากฏการณ์ไอน์สไตน์-โรเซน-โพดอลสกีโดยใช้สถานะคู่เคออนกลางที่พันกัน และหลักการสมมูลของ ทฤษฎีสั มพัทธภาพทั่วไป^{[ 4 ]}

เครื่องตรวจจับ CPLEAR สามารถระบุตำแหน่ง โมเมนตัม และประจุของร่องรอยที่เกิดขึ้นในการสร้างเคออนที่เป็นกลางและการสลายตัวของมัน จึงทำให้สามารถมองเห็นเหตุการณ์ทั้งหมดได้

ความแปลกประหลาดจะไม่ถูกอนุรักษ์ภายใต้ปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอ ซึ่งหมายความว่าภายใต้ปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอK⁰สามารถแปลงเป็นK ได้⁰และในทางกลับกัน เพื่อศึกษาความไม่สมมาตรระหว่างK⁰และเค⁰อัตราการสลายตัวในสถานะสุดท้ายต่างๆ f (f = π ⁺ π ⁻ , π ⁰ π ⁰ , π ⁺ π ⁻ π ⁰ , π ⁰ π ⁰ π ⁺ , π l ν) คณะทำงาน CPLEAR ใช้ข้อเท็จจริงที่ว่าความแปลกประหลาดของเคออนนั้นถูกกำหนดโดยประจุของเคออนที่มาพร้อมกัน ความไม่แปรเปลี่ยนภายใต้การย้อนเวลาจะหมายความว่ารายละเอียดทั้งหมดของการเปลี่ยนแปลงหนึ่งสามารถอนุมานได้จากการเปลี่ยนแปลงอีกอย่างหนึ่ง กล่าวคือความน่าจะเป็นที่เคออนจะแกว่งไปเป็นแอนติเคออนจะเท่ากับความน่าจะเป็นสำหรับกระบวนการย้อนกลับ การวัดความน่าจะเป็นเหล่านี้จำเป็นต้องมีความรู้เกี่ยวกับความแปลกประหลาดของเคออนในช่วงเวลาสองช่วงที่แตกต่างกันของชีวิต เนื่องจากความแปลกประหลาดของเคออนนั้นกำหนดโดยประจุของเคออนที่มาพร้อมกัน และดังนั้นจึงทราบได้สำหรับแต่ละเหตุการณ์จึงสังเกตได้ว่าสมมาตรนี้ไม่ได้รับการเคารพ ซึ่งพิสูจน์ได้ว่า มีการละเมิด Tในระบบเคออนที่เป็นกลางภายใต้ปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอ^{[ 3 ]}

อนุภาคเคออนที่เป็นกลางถูกสร้างขึ้นครั้งแรกในช่องทางการทำลายล้าง

• p p → π ⁺ K⁻เค⁰
• p p → π ⁻ K⁺เค^{0[ 3 ]}

ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อลำแสงแอนติโปรตอน 10⁶ ^ต่อวินาทีที่มาจากสิ่งอำนวยความสะดวก LEAR ถูกหยุดโดย เป้าหมาย ก๊าซไฮโดรเจน ที่มีแรงดันสูง โมเมนตัมต่ำของแอนติโปรตอนและแรงดัน สูง ทำให้สามารถรักษาขนาดของบริเวณหยุดให้เล็กในเครื่องตรวจจับได้ [ ^{5 ] เนื่องจาก}ปฏิกิริยาโปรตอน-แอนติโปรตอนเกิดขึ้นที่หยุดนิ่ง อนุภาคจึงถูกผลิตขึ้นแบบไอโซโทรปิก และเป็นผลให้เครื่องตรวจจับต้องมีสมมาตรใกล้เคียง 4π เครื่องตรวจจับทั้งหมดถูกฝังอยู่ใน แม่เหล็กโซลีนอยด์อุ่นที่มีความยาว 3.6 เมตรและเส้นผ่านศูนย์กลาง 2 เมตร ซึ่งให้ สนามแม่เหล็กสม่ำเสมอ 0.44 T ^{[ 3 ]}

แอนติโปรตอนถูกหยุดโดยใช้เป้าหมายก๊าซไฮโดรเจนที่มีแรงดันสูง มีการใช้เป้าหมายก๊าซไฮโดรเจนแทนไฮโดรเจนเหลวเพื่อลดปริมาณสสารในปริมาตรการสลายตัว เป้าหมายในตอนแรกมีรัศมี 7 ซม. และอยู่ภายใต้แรงดัน 16 บาร์ ต่อมาในปี 1994 รัศมีของเป้าหมายได้ลดลงเหลือ 1.1 ซม. ภายใต้แรงดัน 27 บาร์^{[ 3 ]}

เครื่องตรวจจับต้องตรงตามข้อกำหนดเฉพาะของการทดลอง และดังนั้นจึงต้องมีความสามารถดังต่อไปนี้:

• ทำการระบุคาออนอย่างมีประสิทธิภาพ
• เลือกช่องทางการทำลายล้างที่กล่าวถึงในคำอธิบายสิ่งอำนวยความสะดวกจากช่องทางการทำลายล้างมัลติไพอนจำนวนมหาศาล
• แยกแยะความแตกต่างระหว่างช่องทางการสลายตัวของอนุภาคเคออนกลาง
• วัดเวลาการสลายตัวที่เหมาะสม
• รวบรวมสถิติจำนวนมาก และเพื่อการนี้ จำเป็นต้องมีทั้งความสามารถในการประมวลผลอัตราสูงและการครอบคลุมทางเรขาคณิตขนาดใหญ่^{[ 3 ]}

เครื่องตรวจจับการติดตามทรงกระบอกร่วมกับสนามโซลินอยด์ถูกใช้เพื่อกำหนดเครื่องหมายประจุ โมเมนตัม และตำแหน่งของอนุภาคที่มีประจุ จากนั้นจึงตามด้วยเครื่องตรวจจับการระบุอนุภาค (PID) ซึ่งมีบทบาทในการระบุอนุภาคเคออนที่มีประจุ เครื่องตรวจจับนี้ประกอบด้วยเครื่องตรวจจับเชเรนคอฟซึ่งทำหน้าที่แยกเคออนและไพอน และสารเรืองแสงซึ่งวัดการสูญเสียพลังงานและเวลาในการเดินทางของอนุภาคที่มีประจุ นอกจากนี้ยังใช้สำหรับ การแยก อิเล็กตรอน และไพอน ด้วย การตรวจจับโฟตอนที่เกิดขึ้นในการสลายตัวของ π ⁰ดำเนินการโดย ECAL ซึ่งเป็นแคลอริเมตรตัวอย่างตะกั่ว/ก๊าซชั้นนอกสุด ซึ่งเป็นส่วนเสริมของ PID โดยการแยกไพอนและอิเล็กตรอนที่โมเมนตัมสูงกว่า สุดท้ายนี้ โปรเซสเซอร์แบบฮาร์ดแวร์ (HWK) ถูกใช้เพื่อวิเคราะห์และเลือกเหตุการณ์ภายในไม่กี่ไมโครวินาที โดยลบเหตุการณ์ที่ไม่ต้องการออก พร้อมทั้งสร้างเหตุการณ์ใหม่ทั้งหมดด้วยความแม่นยำที่เพียงพอ^{[ 3 ]}

• บันทึกการทดลองCPLEAR บน INSPIRE-HEP
• เว็บไซต์CPLEAR