Collider - Collider

A urychlovač je typ urychlovač částic což přináší dva protichůdné paprsky částic společně tak, že se částice srazí.^[1] Collidery mohou být prstenové urychlovače nebo lineární urychlovače.

Colliders se používají jako výzkumný nástroj v částicová fyzika zrychlením částic na velmi vysokou hodnotu Kinetická energie a nechat je dopadnout na jiné částice. Analýza vedlejších produktů těchto srážek dává vědcům dobrý důkaz o struktuře subatomárního světa a zákonech přírody, které jej řídí. Ty se mohou projevit pouze při vysokých energiích a po malou dobu, a proto může být obtížné nebo nemožné je studovat jinými způsoby.

Vysvětlení

v částicová fyzika člověk získá znalosti o elementární částice zrychlením částic na velmi vysokou hodnotu Kinetická energie a nechat je působit na jiné částice. Pro dostatečně vysokou energii, a reakce dojde k přeměně částic na jiné částice. Detekce těchto produktů poskytuje vhled do fyzika zapojen.

K provádění takových experimentů existují dvě možná nastavení:

Opravené nastavení cíle: Paprsek částic ( projektily) je zrychlen pomocí a urychlovač částic a jako kolizní partner umístí stacionární cíl do dráhy paprsku.
Collider: Dva paprsky částic se zrychlují a paprsky směřují proti sobě, takže se částice srazily při letu v opačných směrech. Tento proces lze použít k vytvoření podivné a anti-hmoty.

Nastavení urychlovače je těžší zkonstruovat, ale má velkou výhodu, že podle speciální relativita energie nepružná kolize mezi dvěma částicemi, které se k sobě přibližují danou rychlostí, není jen čtyřikrát vyšší než v případě jedné částice odpočívající (jako by to bylo v nerelativistické fyzice); může být řádově vyšší, pokud je rychlost srážky blízká rychlosti světla.

V případě srážky, kde je bod srážky v klidu v laboratorním rámu (tj. ${ displaystyle { vec {p}} _ {1} = - { vec {p}} _ {2}}$ ), centrum hromadné energie ${ displaystyle E _ { mathrm {cm}}}$ (energie dostupná pro produkci nových částic při srážce) je jednoduše ${ displaystyle E _ { mathrm {cm}} = E_ {1} + E_ {2}}$ , kde ${ displaystyle E_ {1}}$ a ${ displaystyle E_ {2}}$ je celková energie částice z každého paprsku. Pro experiment s pevným cílem, kde je částice 2 v klidu, ${ displaystyle E _ { mathrm {cm}} ^ {2} = m_ {1} ^ {2} + m_ {2} ^ {2} + 2m_ {2} E_ {1}}$ .^[2]

Dějiny

První vážný návrh na urychlovač vznikl u skupiny u Sdružení pro výzkum středozápadních univerzit (MURA). Tato skupina navrhla vybudování dvou tečných radiálních sektorů Urychlovač FFAG prsteny.^[3] Tihiro Ohkawa, jeden z autorů prvního článku, pokračoval ve vývoji radiálního sektoru urychlovače FFAG, který by mohl zrychlit dva protiběžné paprsky částic v rámci jediného prstence magnetů.^[4]^[5] Třetím prototypem FFAG vyrobeným skupinou MURA byl elektronový stroj o výkonu 50 MeV postavený v roce 1961, aby demonstroval proveditelnost tohoto konceptu.

Gerard K. O'Neill navrženo použití jediného urychlovače pro vstřikování částic do dvojice tečny úložné kroužky. Stejně jako v původním návrhu MURA došlo ke srážkám v tečném řezu. Výhodou akumulačních prstenců je, že akumulační prstenec může akumulovat tok dálkových paprsků z urychlovače vstřikování, který dosahuje mnohem nižšího toku.^[6]

První elektron -pozitron srážeče byly postaveny koncem padesátých a počátkem šedesátých let v Itálii u Istituto Nazionale di Fisica Nucleare v Frascati poblíž Říma, rakousko-italský fyzik Bruno Touschek a v USA tým Stanford-Princeton, který zahrnoval Williama C. Barbara, Bernarda Gittelmana, Gerryho O'Neilla a Burtona Richtera. Přibližně ve stejné době, na počátku 60. let, VEP-1 elektron-elektronový urychlovač byl nezávisle vyvinut a vyroben pod dohledem Gersh Budker v sovětský Ústav jaderné fyziky.^[7]

V roce 1966 byly zahájeny práce na Protínající se úložné kroužky na CERN, a v roce 1971 byl tento urychlovač v provozu.^[8] ISR byl pár zásobních prstenců, které akumulovaly částice vstřikované CERNem Protonový synchrotron. Toto bylo první hadron urychlovač, protože všechna dřívější úsilí fungovala elektrony nebo s elektrony a pozitrony.

V roce 1968 byla zahájena stavba komplexu akcelerátoru pro Tevatron na Fermilab. V roce 1986 byly zaznamenány první protonové antiprotonové srážky ve středu hmotné energie 1,8 TeV, což z ní v té době činilo srážku s nejvyšší energií na světě.

Nejvýkonnějším urychlovačem na světě (od roku 2016) je Velký hadronový urychlovač (LHC) v CERNu. V současné době se uvažuje o několika projektech urychlovače částic.^[9]^[10]

Provozní urychlovače

Zdroje: Informace byly převzaty z webu Particle Data Group^[11] a Příručka fyziky a techniky urychlovače.^[12]

Plynový pedál	Centrum, město, země	První operace	zrychlené částice	maximální energie na paprsek, GeV	Zářivost, 10³⁰ cm⁻²s⁻¹	Obvod (délka), km
VEPP-2000	INP, Novosibirsk, Rusko	2006	е⁺E⁻	1.0	100	0.024
VEPP-4М	INP, Novosibirsk, Rusko	1994	е⁺E⁻	6	20	0.366
BEPC II	IHEP, Peking, Čína	2008	е⁺е⁻	3.7	700	0.240
DAFNE	Frascati, Itálie	1999	е⁺е⁻	0.7	436^[13]	0.098
KEKB /SuperKEKB	KEK, Tsukuba, Japonsko	1999	е⁺е⁻	8,5 (e-), 4 (e +)	21100	3.016
RHIC	BNL, Spojené státy	2000	pp, Au-Au, Cu-Cu, d -Au	100/n	10, 0.005, 0.02, 0.07	3.834
LHC	CERN	2008	pp, Pb -Pb, p-Pb, Xe-Xe	6500 (plánováno 7000), 2560/n (plánováno 2760 /n )	20000,^[14] 0.003, 0.9, ≈0.0002	26.659

Viz také

Reference

^ https://news.fnal.gov/2013/08/fixed-target-vs-collider/
^ Herr, Werner; Muratori, Bruno (2003). „Koncept světelnosti“. Škola akcelerátoru CERN: 361–378. Citováno 2. listopadu 2016.
^ Kerst, D. W.; Cole, F. T .; Crane, H. R .; Jones, L. W .; et al. (1956). "Dosažení velmi vysoké energie prostředky protínajícími se paprsky částic". Fyzický přehled. 102 (2): 590–591. Bibcode:1956PhRv..102..590K. doi:10.1103 / PhysRev.102.590.
^ US patent 2890348, Tihiro Ohkawa, "Urychlovač částic ", vydáno 06.06.1959
^ Věda: Fyzika a fantazie, Čas, Pondělí 11. února 1957.
^ O'Neill, G. (1956). „Storage-Ring Synchrotron: Zařízení pro výzkum fyziky vysokých energií“ (PDF). Fyzický přehled. 102 (5): 1418–1419. Bibcode:1956PhRv..102.1418O. doi:10.1103 / PhysRev.102.1418. Archivovány od originál (PDF) dne 06.03.2012.
^ Shiltsev, V. (2013). "První urychlovače: AdA, VEP-1 a Princeton-Stanford." arXiv:1307.3116 [fyzika.hist-ph ].
^ Kjell Johnsen, ISR v době Jentschkeho, Kurýr CERN, 1. června 2003.
^ Shiltsev, V. (2012). "Vysokoenergetické urychlovače částic: posledních 20 let, příštích 20 let a dále". Fyzika-Uspekhi. 55 (10): 965–976. arXiv:1205.3087. Bibcode:2012PhyU ... 55..965S. doi:10.3367 / UFNe.0182.201210d.1033. S2CID 118476638.
^ Shiltsev, V. (2015). „Crystal Ball: On the Future High Energy Colliders“. Sborník příspěvků z konference Evropské fyzikální společnosti o fyzice vysokých energií (EPS-HEP2015). 22. – 29. Července 2015. Vídeň: 515. arXiv:1511.01934. Bibcode:2015ehep.confE.515S.
^ „Parametry urychlovače vysoké energie“ (PDF).
^ Příručka fyziky a techniky urychlovače, editoval A. Chao, M. Tigner, 1999, str. 11.
^ Mazzitelli, Giovanni. „Úspěchy DAFNE“. www.lnf.infn.it.
^ „Record luminosity: well done LHC“. 15. listopadu 2017. Citováno 2. prosince 2017.

externí odkazy

[1] ttps://news.fnal.gov/2013/08/fixed-target-vs-collider/

[2] Herr, Werner; Muratori, Bruno (2003). „Koncept světelnosti“. Škola akcelerátoru CERN: 361–378. Citováno 2. listopadu 2016.

[3] Kerst, D. W.; Cole, F. T .; Crane, H. R .; Jones, L. W .; et al. (1956). "Dosažení velmi vysoké energie prostředky protínajícími se paprsky částic". Fyzický přehled. 102 (2): 590–591. Bibcode:1956PhRv..102..590K. doi:10.1103 / PhysRev.102.590.

[4] US patent 2890348, Tihiro Ohkawa, "Urychlovač částic ", vydáno 06.06.1959

[5] Věda: Fyzika a fantazie, Čas, Pondělí 11. února 1957.

[6] O'Neill, G. (1956). „Storage-Ring Synchrotron: Zařízení pro výzkum fyziky vysokých energií“ (PDF). Fyzický přehled. 102 (5): 1418–1419. Bibcode:1956PhRv..102.1418O. doi:10.1103 / PhysRev.102.1418. Archivovány od originál (PDF) dne 06.03.2012.

[7] Shiltsev, V. (2013). "První urychlovače: AdA, VEP-1 a Princeton-Stanford." arXiv:1307.3116 [fyzika.hist-ph ].

[8] Kjell Johnsen, ISR v době Jentschkeho, Kurýr CERN, 1. června 2003.

[9] Shiltsev, V. (2012). "Vysokoenergetické urychlovače částic: posledních 20 let, příštích 20 let a dále". Fyzika-Uspekhi. 55 (10): 965–976. arXiv:1205.3087. Bibcode:2012PhyU ... 55..965S. doi:10.3367 / UFNe.0182.201210d.1033. S2CID 118476638.

[10] Shiltsev, V. (2015). „Crystal Ball: On the Future High Energy Colliders“. Sborník příspěvků z konference Evropské fyzikální společnosti o fyzice vysokých energií (EPS-HEP2015). 22. – 29. Července 2015. Vídeň: 515. arXiv:1511.01934. Bibcode:2015ehep.confE.515S.

[11] „Parametry urychlovače vysoké energie“ (PDF).

[12] Příručka fyziky a techniky urychlovače, editoval A. Chao, M. Tigner, 1999, str. 11.

[13] Mazzitelli, Giovanni. „Úspěchy DAFNE“. www.lnf.infn.it.

[endof2017-14] „Record luminosity: well done LHC“. 15. listopadu 2017. Citováno 2. prosince 2017.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]