Zderzak - Collider

Collider jest typu akceleratora , który łączy dwa przeciwnej cząstki wiązki razem, tak że cząstki zderzają się. Zderzacze mogą być akceleratorami pierścieniowymi lub akceleratorami liniowymi .

Zderzacze są wykorzystywane jako narzędzie badawcze w fizyce cząstek elementarnych , przyspieszając cząstki do bardzo wysokiej energii kinetycznej i pozwalając im oddziaływać na inne cząstki. Analiza produktów ubocznych tych zderzeń daje naukowcom dobre dowody na strukturę świata subatomowego i rządzące nim prawa natury. Mogą one stać się widoczne tylko przy wysokich energiach i przez krótki czas, a zatem mogą być trudne lub niemożliwe do zbadania w inny sposób.

Wyjaśnienie

W fizyce cząstek elementarnych zdobywa się wiedzę o cząstkach elementarnych , przyspieszając cząstki do bardzo wysokiej energii kinetycznej i pozwalając im oddziaływać na inne cząstki. Dla wystarczająco wysokiej energii zachodzi reakcja, która przekształca cząstki w inne cząstki. Wykrywanie tych produktów daje wgląd w związaną z nimi fizykę .

Aby przeprowadzić takie eksperymenty, są dwie możliwe konfiguracje:

• Ustawienie stałego celu: Wiązka cząstek ( pocisków ) jest przyspieszana za pomocą akceleratora cząstek , a jako partner kolizji umieszcza się nieruchomy cel na ścieżce wiązki.
• Zderzacz: Dwie wiązki cząstek są przyspieszane, a wiązki są skierowane na siebie, tak że cząstki zderzają się podczas lotu w przeciwnych kierunkach. Ten proces może być używany do tworzenia dziwnych i antymaterii.

Konfiguracja zderzacza jest trudniejsza do zbudowania, ale ma tę wielką zaletę, że zgodnie ze szczególną teorią względności energia zderzenia niesprężystego dwóch zbliżających się do siebie cząstek z określoną prędkością jest nie tylko 4 razy większa niż w przypadku jednej spoczynkowej cząstki (jak byłoby to w fizyce nierelatywistycznej); może być o rzędy wielkości wyższy, jeśli prędkość zderzenia jest zbliżona do prędkości światła.

W przypadku zderzacza, w którym punkt zderzenia znajduje się w spoczynku w ramie laboratoryjnej (tj ), środek masy energii (energia dostępna do wytworzenia nowych cząstek w zderzeniu) to po prostu , gdzie i jest całkowitą energią cząstki z każdej belki. W przypadku eksperymentu z ustalonym celem, w którym cząstka 2 jest w spoczynku, . ${\displaystyle {\vec {p}}_{1}=-{\vec {p}}_{2}}$${\displaystyle E_{\mathrm {cm}}}$${\ Displaystyle E_ {\ operatorname {cm}} = E_ {1} + E_ {2}}$${\displaystyle E_{1}}$${\displaystyle E_{2}}$${\ Displaystyle E_ {\ operatorname {cm} } ^ {2} = m_ {1} ^ {2} + m_ {2} ^ {2} +2 m_ {2} E_ {1}}$

Historia

Pierwsza poważna propozycja zderzacza wyszła od grupy w Midwestern Universities Research Association (MURA). Grupa ta zaproponowała zbudowanie dwóch stycznych pierścieni akceleracyjnych FFAG z sektorem promieniowym . Tihiro Ohkawa , jeden z autorów pierwszego artykułu, opracował projekt akceleratora FFAG z sektorem promieniowym, który mógłby przyspieszać dwie przeciwbieżne wiązki cząstek w jednym pierścieniu magnesów. Trzecim prototypem FFAG zbudowanym przez grupę MURA była maszyna elektronowa o energii 50 MeV zbudowana w 1961 roku, aby zademonstrować wykonalność tej koncepcji.

Gerard K. O'Neill zaproponował użycie pojedynczego akceleratora do wstrzykiwania cząstek do pary stycznych pierścieni magazynujących . Podobnie jak w pierwotnej propozycji MURA, kolizje miałyby miejsce na odcinku stycznym. Zaletą pierścieni akumulacyjnych jest to, że pierścień akumulacyjny może gromadzić strumień wysokiej wiązki z akceleratora wtrysku, który osiąga znacznie niższy strumień.

Pierwsze zderzacze elektronowo - pozytonowe zostały zbudowane na przełomie lat 50. i 60. XX wieku we Włoszech, w Istituto Nazionale di Fisica Nucleare we Frascati koło Rzymu, przez austriacko-włoski fizyk Bruno Touschek, a w USA przez zespół Stanford-Princeton, w skład którego wchodził William C. Barber, Bernard Gittelman, Gerry O'Neill i Burton Richter. Mniej więcej w tym samym czasie, na początku lat sześćdziesiątych, zderzacz elektronów i elektronów VEP-1 został niezależnie opracowany i zbudowany pod nadzorem Gersha Budkera w sowieckim Instytucie Fizyki Jądrowej .

W 1966 r. rozpoczęto prace nad przecinającymi się pierścieniami magazynowymi w CERN , a w 1971 r. zderzacz ten działał. ISR był parą pierścieni akumulujących cząstki wstrzykiwane przez CERN Proton Synchrotron . Był to pierwszy zderzacz hadronów , ponieważ wszystkie wcześniejsze próby dotyczyły elektronów lub elektronów i pozytonów .

W 1968 rozpoczęto budowę kompleksu akceleratora dla Tevatron w Fermilab . W 1986 roku zarejestrowano pierwsze zderzenia protonów z antyprotonami w centrum masy o energii 1,8 TeV, co czyniło go wówczas zderzaczem o najwyższej energii na świecie.

Najbardziej energetycznym zderzaczem na świecie (stan na 2016 r.) jest Wielki Zderzacz Hadronów (LHC) w CERN. Obecnie rozważanych jest kilka projektów dotyczących zderzaczy cząstek.

Zderzacze operacyjne

Źródła: Informacje zaczerpnięto ze strony internetowej Particle Data Group .

Zobacz też

• Lista zderzaczy
• Eksperyment ze stałym celem
• Duży zderzacz elektronów i pozytonów
• Wielki Zderzacz Hadronów
• Bardzo Duży Zderzacz Hadronów
• Relatywistyczny Zderzacz Ciężkich Jonów
• Międzynarodowy Zderzacz Liniowy
• Pierścień do przechowywania
• Tevatron
• Międzynarodowa Konferencja Zderzenia Fotoniczne, Elektroniczne i Atomowe
• Przyszły kolisty zderzacz

Bibliografia

Linki zewnętrzne

• LHC – Wielki Zderzacz Hadronów w sieci
• Relatywistyczny Zderzacz Ciężkich Jonów (RHIC)