Lista akceleratorów w fizyce cząstek elementarnych
Ten artykuł dotyczy listy akceleratorów cząstek używanych w eksperymentach z fizyką cząstek elementarnych . Pierwsze akceleratory były używane głównie w fizyce jądrowej .
W historii fizyki cząstek promieniowanie kosmiczne było pierwszymi dostawcami cząstek o bardzo wysokiej energii ( astrocząstek ). Promieniotwórczość nie powoduje powstania takich pocisków. Wadą promieni kosmicznych jest to, że są rzadkie i mają nieprzewidywalne energie (do 10 8 TeV lub 100 milionów razy więcej niż energia cząstek Tevatron ). Aby zbadać jądro i wytworzyć cząstki, eksperymentatorzy chcieli mieć wiązki znanych cząstek, animowane znaną energią, a tym samym kontrolować warunki eksperymentu. Dlatego technika akceleratorów ulegała sukcesywnym udoskonaleniom po drugiej wojnie światowej, dzięki czemu instrumenty te praktycznie wyparły promienie kosmiczne jako źródła wysokoenergetycznych pocisków.
Akceleratory cząstek zostały zbudowane z uwzględnieniem trzech prostych pomysłów:
- Przyspieszają tylko cząstki niosące ładunek elektryczny, wrażliwe na pola elektryczne i magnetyczne, które technologia może wytworzyć i wykorzystać.
- Przyspieszone cząstki muszą pozostać stabilne (nie rozpadać się) podczas przyspieszania. Elektron i proton, pozyton i antyproton spełniają te warunki. Jony ciężkie są naładowane i stabilne, ale słabo nadają się do badania cząstek.
- Cząsteczki muszą krążyć w wystarczającej próżni, aby nie zderzyć się z cząsteczką, która zakłóciłaby ich trajektorię.
Uwaga : na tej liście ten sam akcelerator może pojawić się dwukrotnie (lub więcej) w tej samej tabeli, na przykład przed i po modyfikacji lub ulepszeniu i / lub w dwóch tabelach (lub więcej), w zależności od tego, czy został przekształcony z jeden typ na inny lub czy może działać w dwóch trybach. W ten sposób Tevatron pojawia się trzykrotnie: raz w tabeli „akceleratory ustalonego celu” i dwukrotnie w tabeli „Zderzacz Hadronów”. Inny przykład, Wielki Zderzacz Hadronów może powodować zderzenia między protonami, takie jak zderzenia między jonami, stąd jego obecność w dwóch odpowiednich tabelach.
Prymitywne akceleratory
Wszyscy używali prostych wiązek skierowanych na stałe cele. Wykorzystywano je do krótkich, niedrogich, niewykwalifikowanych eksperymentów (nie nosiły nazwy).
Cyklotrony
Największe cyklotrony oddane do użytku przed wojną osiągały szczyt energii. Cyklotron nie może przyspieszać cząstek tak lekkich jak elektrony, ponieważ cząsteczki te zachowują się szybko w relatywistyczny sposób.
| Akcelerator | Lokalizacja | Lata eksploatacji |
Formularz | Przyspieszona cząstka | Energia kinetyczna |
Notatki i odkrycia |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Cyklotron 23 cm | UC Berkeley - USA | 1931 | Okólnik | H 2 + | 1,0 MeV | Podkreślenie koncepcji |
| Cyklotron 28 cm | UC Berkeley - USA | 1932 | Okólnik | Proton | 1,2 MeV | |
| Cyklotron 68 cm | UC Berkeley - USA | 1932-1936 | Okólnik | Deuter | 4,8 MeV | Interakcje deuter / jądro |
| Cyklotron 94 cm | UC Berkeley - USA | 1937-1938 | Okólnik | Deuter | 8 MeV | Odkrycie wielu izotopów |
| Cyklotron 152 cm | UC Berkeley - USA | 1939-1941 | Okólnik | Deuter | 16 MeV | Odkrycie wielu izotopów |
| 4,67 m cyklotronu | Berkeley Rad Lab [1] - USA | 1942- | Okólnik | Różnorodny | > 100 MeV | Badania separacji izotopów uranu |
| Calutrons | Oak Ridge, Tennessee - USA |
1943- | „W podkowę” | Rdzenie uranowe |
Służy do oddzielania izotopów z Projektu Manhattan |
[1] Pierwszy akcelerator zbudowany na obecnym terenie Lawrence Berkeley National Laboratory, później znanego jako Berkeley Radiation Laboratory (w skrócie „Rad Lab”)
Akceleratory elektrostatyczne
Wysokie napięcie statyczne jest przykładane między 2 elektrodami, wytwarzając w ten sposób statyczne pole elektryczne . Zobacz akceleratory elektrostatyczne
| Akcelerator | Lokalizacja | Lata eksploatacji |
Formularz | Przyspieszona cząstka | Energia kinetyczna |
Notatki i odkrycia |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Akcelerator elektrostatyczny Cockcrofta i Waltona |
Laboratorium Cavendisha | 1932 | Generator Cockcrofta-Waltona | Proton | 0,7 MeV | Pierwszy, który rozbił jądro ( lit ) |
Synchrocyklotrony
W synchrocyklotronie wielkość elektromagnesu określa ostateczną energię. Częstotliwość rezonansowa systemu HF musi być w stanie łatwo zmieniać się dzięki zmiennemu kondensatorowi umieszczonemu między przewodem duant ( dee ) a ścianą. Napięcie DC nałożone na napięcie HF jest przykładane do elektrody przyspieszającej, aby ułatwić ekstrakcję źródła jonów.
| Akcelerator | Lokalizacja | Lata eksploatacji |
Formularz | Przyspieszona cząstka | Energia kinetyczna |
Notatki i odkrycia |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Synchrocyclotron | Berkeley - USA | 1948- | okólnik | proton | 350 Mev | Badanie mezonów π |
| Synchrocyclotron | CERN (Genewa) | 1958-1990 | Okrągły d = 227 cm Zmiana częstotliwości 30 do 16 MHz |
Proton | 680 MeV |
Mionowy anomalny moment magnetyczny |
| Synchrocyclotron | Dubna , Rosja | Grudzień 1949- | Biegun E. magnes d = 6 m | Proton | 700 MeV | 7000 ton (Wieża Eiffla = 7150 t) |
| Synchrocyclotron | St. Petersburg , Rosja | Biegun E. magnes d = 7 m | Proton | 1 GeV | 7000 ton |
Synchrotrony
Mniej metalu, mniej energii elektrycznej: synchrotrony umożliwiły skok naprzód w dziedzinie energii. Energia Berkeley Bevatron, 6,2 GeV, nie została wybrana arbitralnie: jest to minimalna energia wymagana do wytworzenia antyprotonów.
| Akcelerator | Lokalizacja | Lata eksploatacji |
Kształt i rozmiar |
Przyspieszona cząstka |
Energia kinetyczna |
Notatki i dokonane odkrycia | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Cosmotron |
Brookhaven National Laboratory USA |
1953-1968 | Okrągły pierścień (około 72 metry) |
Proton | 3,3 GeV | Cząsteczki V, sztuczna produkcja mezonów . | |
| Birmingham Synchrotron |
Birmingham University | 1953 | Proton | 1 GeV | |||
| Bevatron | Berkeley Rad Lab - LBNL - USA | 1954- ~ 1970 | "Tor wyścigowy" | Proton | 6,2 GeV | Dziwny test cząstek. Odkryto antyproton , antineutron. | |
| Bevalac , połączenie lampy dywergencyjnej LINAC , SuperHILAC i Bevatron | Berkeley Rad Lab - LBNL - USA | ~ 1970-1993 | LINAC, po którym następuje „Tor wyścigowy” | Dowolny stabilny rdzeń | Obserwacja skondensowanej materii jądrowej. Jonizacja wewnątrznowotworowa w onkologii. | ||
| Saturn I | Saclay , Francja | 1958-1997 | Proton, ciężkie jony | Proton 3 GeV | |||
| Synchrotron o zerowym gradiencie | Argonne National Laboratory - USA | 12,5 GeV | |||||
| Synchrotron protonowy PS |
CERN , Szwajcaria | 1959- | Średnica: 200 m mocne ogniskowanie |
Proton | 25 GeV |
Produkcja antyprotonów . Wiele doświadczeń, w tym: CLOUD , DIRAC , n_TOF . Również wtryskiwacz dla ISR i SPS . |
|
| Synchrotron gradientowy AGS |
Brookhaven National Laboratory - USA |
1960- | Średnica: 200 m mocne ogniskowanie |
Proton | 33 GeV | Odkrycie neutrina mionowego J / Ψ (1974), naruszenie CP / kaon |
Naprawiono akceleratory docelowe
Wiele nowoczesnych akceleratorów było również używanych w trybie ustalonego celu; często były również używane jako akceleratory wstępne w układach zderzających, a nawet same przekształcane były w zderzacze.
Przykład: CERN SPS , który, choć nadal jest używany do rzutowania cząstek na ustalone cele, został przekształcony w zderzacz protonów / antyprotonów i obecnie służy jako iniektor w Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC) .
| Akcelerator | Lokalizacja | Lata eksploatacji | Kształt i rozmiar | Przyspieszona cząstka | Energia kinetyczna | Doświadczenie | Uwagi | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| SLAC Linac | Stanford Linear Accelerator Center USA |
1966 - | Akcelerator liniowy o długości 3 km | Elektron / pozyton |
50 GeV | Kolejne ulepszenia, używane do zasilania PEP, SPEAR, Stanford Linear Collider, PEP-II | ||
| Pierścień główny Fermilab | Fermilab -USA | 1972 - 1997 | ||||||
|
Super Proton Synchrotron SPS |
CERN, Szwajcaria | 1976 - | Protony, różne jony. |
450 GeV dla protonów. 33 TeV dla jonów ołowiu. |
Bardzo liczne, wśród których: CNGS , COMPASS , SHINE , tworzenie Quark-gluonowej Plazma . | Również przekształcony w zderzacz (Super Proton Antiproton Synchrotron) w 1981 roku i używany jako wtryskiwacz LHC . | ||
| Akcelerator liniowy Batesa | MIT , Middleton, MA, USA | 1974 - 2005 | Linak 500 MeV i pierścień do przechowywania | Elektrony spolaryzowane | ||||
| CEBAF | Jefferson Laboratory, Newport News, VA, USA | 1994 - | 5,75 GeV LINAC recyrcularized (zmodernizowany 12 GeV) | Elektrony spolaryzowane | ||||
| MAMI | Moguncja , Niemcy | 1979 - | Akcelerator 855 MeV | Elektrony spolaryzowane | ||||
| Tevatron | Fermilab Batavia, Illinois, USA |
1983 - 1987 | 6,3 km pierścieni | Regularne ulepszenia, a następnie przekształcenie w zderzacz | ||||
| GANIL | Caen , Francja | 1983 - | Dwa cyklotrony połączone szeregowo. | Jony węgla na uran | Do 95 MeV / A | Zobacz odkrycia GANIL | ||
| Vivitron | Strasburg , Francja | 1993 - 2003 | Elektrostatyczny tandem Van de Graaffa | Różne jony | ? | Wydajność poniżej celu, ale nadal działa. | ||
| Spalacja źródła neutronów | Oak Ridge National Laboratory - USA | 2006 - | Liniowy (335 m) i kołowy (248 m) | Protony | 800 MeV - 1 GeV |
Zderzacze
Collider jest maszyną, która jednocześnie przyspiesza dwie wiązki cząstek w przeciwnym kierunku, w celu uczynienia ich zderzają się czołowo. Ten typ instalacji jest trudniejszy do zbudowania, ale jest znacznie bardziej wydajny niż „prosty” akcelerator wyrzucający cząsteczki na ustalony cel.
Zderzacze elektron-pozyton (e + / e - )
W zdecydowanej większości przypadków energie elektronów i pozytonów są identyczne. Ale ponieważ jest również kilka przypadków, w których te energie są różne, tabela zawiera dwie kolumny, aby rozróżnić energie dwóch typów cząstek.
| Akcelerator | Lokalizacja | Lata eksploatacji |
Kształt i rozmiar |
Energia z elektronami |
Energia z pozytonów |
Doświadczenie | Godne uwagi odkrycia | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| AdA | Frascati , Włochy | 1961-1964 | Obwód kołowy 130 cm |
250 MeV | 250 MeV | . | . | |
Pierścień kolizyjny ACO Orsay |
Orsay , Francja | 1965-1975 | Obwód koła 22 m |
550 MeV | 550 MeV | ρ 0 , K + K - , φ 3C , μ + μ - , M2N i DM1 | Od 1975 do 1988 ACO był używany jako źródło promieniowania synchrotronowego. | |
| WŁÓCZNIA | SLAC , USA | Mark I (detektor) Mark II (detektor) Mark III (detektor) |
Odkrycie Charmonium Quark Charm (1974) Lepton tau (1978) |
|||||
| WERWA | SLAC , USA | Mark II | ||||||
| Zderzacz liniowy Stanford SLC |
SLAC , USA | Dodatek do SLAC Linac |
45 GeV | 45 GeV | SLD , Mark II | Dowody na istnienie 3 rodzin neutrin. Pomiar kąta mieszania elektrosłabego |
||
| Duży zderzacz elektronowo-pozytonowy LEP |
CERN Genewa , Szwajcaria |
(LEP I) 1989-1995 (LEP II) 1996-2000 |
Okrągły, 27 km | 104 GeV | 104 GeV |
Aleph Delphi Opal L3 |
Istnieją tylko 3 rodziny neutrin , obejmujące 3 generacje fermionów . Dokładne pomiary masy W. i Z bozonów . |
|
| DORIS |
DESY ( Hamburg , Niemcy) |
1974-1993 | Okrągły, 300 m | 5 GeV | 5 GeV | ARGUS, Crystal Ball, DASP, PLUTO | Oscylacja neutralnych mezonów B. | |
| Petra (en) |
DESY ( Hamburg , Niemcy) |
1978-1986 | Okrągły, 2 km | 20 GeV | 20 GeV | JADE, MARK-J, PLUTO, TASSO | Odkrycie gluonu w zdarzeniach 3-dżetowych |
|
| CESR (en) | Cornell University, USA | 1979-2002 | Okrągły, 768 m | 6 GeV | 6 GeV | CUSB, SZACHY, CLEO, CLEO-2, CLEO-2.5, CLEO-3 | Pierwsza obserwacja rozpadu β | |
| CESR-c | Cornell University, USA | 2002-? | Okrągły, 768 m | 6 GeV | 6 GeV | SZACHY, CLEO-c | ||
| PEP-II | SLAC , USA | 1998-2008 | Okrągły 2,2 km | 9 GeV | 3,1 GeV | BaBar | Odkrycie naruszenia symetrii CP w układzie mezonowym B. | |
| KEKB | KEK z Japonii | 1999-2008? | Okrągły, 3 km | 8,0 GeV | 3,5 GeV | Piękny | Odkrycie naruszenia symetrii CP w układzie mezonowym B. | |
| VEPP-2000 | Nowosybirsk | 2006- | Okrągły, 24 m | 1,0 GeV | 1,0 GeV | |||
| VEPP-4M | Nowosybirsk | 1994-? | Okrągły, 366 m | 6,0 GeV | 6,0 GeV | |||
| BEPC | Chiny | 1989-? | Okrągły, 240 m | 2.2 GeV | 2.2 GeV | BĄDZ S | ||
| DAΦNE | Frascati , Włochy | 1999- | Okrągły 98 m | 0,7 GeV | 0,7 GeV | KLOE | ||
| BEPC II | Chiny | 2008- | Okrągły, 240 m | 3,7 GeV | 3,7 GeV | Beijing Spectrometer III (en) |
Zderzacze hadronów ( p anty p i pp )
| Akcelerator | Lokalizacja | Lata operacyjne |
Kształt i rozmiar |
cząstki collisionnées |
Energia wiązki |
Eksperymenty (detektory) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Pierścienie pamięci interakcji ISR |
CERN (Europa) | 1971-1984 | Pierścienie okrągłe (948 m) |
Proton / Proton i Proton / Antyproton |
31,5 GeV | Produkcja cząstek o dużym pędzie poprzecznym |
|
Synchrotron super protonowy |
CERN (Europa) | 1981-1984 | Okrągły Pierścień (6,9 km) |
Proton / Antiproton |
UA1, UA2 | |
|
Tevatron Run I |
Fermilab (Stany Zjednoczone) | 1992-1995 | Okrągły pierścień (6,3 km) i pierścień wtryskiwacza |
Proton / Antiproton |
900 GeV + 900 GeV | CDF, D0 |
|
Tryb RHIC str |
Brookhaven National Laboratory (BNL - USA) | 2000-data | Okrągły Pierścień (3,8 km) |
Proton / Proton |
100 GeV + 100 GeV | PHENIX, STAR |
|
Tevatron Run II |
Fermilab (Stany Zjednoczone) | 2001-2011 | Okrągły pierścień (6,3 km) i pierścień wtryskiwacza |
Proton / Antiproton |
980 GeV + 980 GeV | CDF, wierzchołek kwarku D0 (1995) |
|
Wielki Zderzacz Hadronów LHC |
CERN (Europa) | 09/10/2008-obecnie | Okrągłe pierścienie (27 km) |
Proton / Proton |
7 TeV + 7 TeV Nom |
ALICJA , ATLAS , CMS , LHCb , TOTEM |
Zderzacze protonów-elektronów (p / e - )
| Akcelerator | Lokalizacja | Lata eksploatacji |
Kształt i rozmiar |
Energia elektronów |
Energia protonów |
Doświadczenie |
|---|---|---|---|---|---|---|
| HERA | DESY | 1992-2007 | Okrągły pierścień (około 6336 metrów) |
27,5 GeV | 920 GeV | H1 , ZEUS , HERMES, HERA-B |
Zderzacze jonów
| Akcelerator | Lokalizacja | Lata operacyjne |
Kształt i rozmiar |
jony zderzenia |
Energia jonów |
Eksperymenty |
|---|---|---|---|---|---|---|
|
RHIC Relatywistyczny zderzacz ciężkich jonów |
Brookhaven National Laboratory , Nowy Jork, USA | 2000- | 3,8 km | Au au; Cu-Cu; d-Au; pp spolaryzowane | 0,1 TeV na nukleony | STAR, PHENIX, Brahms, Phobos |
|
Wielki Zderzacz Hadronów LHC |
CERN, Europa | 2009-obecnie | Okrągłe pierścienie (około 27 km) |
Pb-pb | 2,76 TeV na nukleon | ALICE |
Przypadki specjalne
- Spowalniacz antyprotonu w CERN : jak sama nazwa wskazuje, ten aparat służy do spowolnienia z antyprotonów (produkowany przez protony szybkich rzutowany na tarczy metalowej), a zatem ma odwrotną zasadę działania niż akceleratora cząstek! Zadaniem tej maszyny jest zbieranie antyprotonów (powstających dzięki kolejnej instalacji), doprowadzenie ich do niskiej energii, a na końcu wykonanie z nich kontrolowanej wiązki. Ta wiązka może być następnie wykorzystana w pewnych eksperymentach, w których nie można zastosować „surowego” przepływu antyprotonu.
Uwagi i odniesienia
- H. Przysiezniak, wyłączniki atomów , 529 th Konferencji Uniwersytetu cała wiedza, 16-06-2004
- Michel Crozon , Surowiec - Poszukiwanie cząstek podstawowych i ich interakcje Éditions du Seuil, 1987
- Michel Crozon, Wszechświat cząstek , Éditions du Seuil, 1999
- (fr) public.web.cern.ch; PS - synchrotron protonowy, żongler cząstek
- (fr) public.web.cern.ch; SPS - supersynchrotron protonowy, pierwszy Władca Pierścieni
- (en) Vivitron, wprowadzenie
- Zderzenia proton / antyproton miały miejsce dopiero od kwietnia 1981: public.web.cern.ch; Proton przeciwko protonowi , konsultacja w lipcu 2010.
- SPS jest nadal w użyciu, ale jako iniektor do LHC i jako akcelerator na ustalonym celu, a nie jako zderzacz, patrz powyżej .
- (fr) public.web.cern.ch; AD - The Antiproton Decelerator , konsultowany w sierpniu 2009
Linki wewnętrzne
Linki zewnętrzne
- (fr) LHC, największy akcelerator na świecie (LHC-Francja, siedziba CNRS i CEA)
- (en) Przewodnik LHC (CERN)
- (fr) Witryna akceleratora CERN LHC
- (en) Judy Goldhaber, „Bevalac miał 40-letni rekord historycznych odkryć”. 9 października 1992. http://www.lbl.gov/Science-Articles/Archive/Bevalac-nine-lives.html
- (en) Parametry zderzacza o wysokiej energii z Particle Data Group
- (en) Akceleratory cząstek na całym świecie
- (en) Lawrence i jego laboratorium - historia wczesnych lat fizyki akceleratorów w Lawrence Berkeley Laboratory
- (pl) Krótka historia i przegląd akceleratorów (11 p, plik PDF)
- (en) Linie świetlne SLAC w czasie
- (nie) Akceleratory i detektory o nazwie Mark at SLAC
- (en) (fr) Producent akceleratorów