Liste over akseleratorer i partikkelfysikk
Denne artikkelen handler om listen over partikkelakseleratorer som brukes til partikkelfysikkeksperimenter . De aller første akseleratorene ble hovedsakelig brukt i kjernefysikk .
I partikkelfysikkens historie var kosmiske stråler de første leverandørene av meget høyenergipartikler ( astropartikler ). Radioaktivitet produserer ikke slike prosjektiler. Kosmisk stråling har den ulempe at de sjeldne og for å ha uforutsigbare energier (opp til 10 8 TeV eller 100 millioner ganger energien av Tevatronen partikler ). For å utforske kjernen, for å produsere partikler, ønsket eksperimentatorene å ha bjelker av kjente partikler, animert med en kjent energi, og dermed å kontrollere forholdene for eksperimentet. Dette er grunnen til at teknologien til akseleratorer gjennomgikk suksessive forbedringer etter andre verdenskrig, takket være hvilke disse instrumentene praktisk talt fortrengte kosmiske stråler som kilder til høyenergiprosjektiler.
Partikkelakseleratorer ble bygget under hensyntagen til følgende 3 enkle ideer:
- De akselererer bare partikler som bærer en elektrisk ladning, følsomme for de elektriske og magnetiske feltene som teknologien kan produsere og bruke.
- De akselererte partiklene må forbli stabile (ikke forfalle) under akselerasjon. Elektronen og protonen, positronen og antiprotonet oppfyller disse forholdene. Tunge ioner er ladede og stabile, men passer dårlig til studiet av partikler.
- Partiklene må sirkulere i tilstrekkelig vakuum for ikke å kollidere med et molekyl som vil forstyrre deres bane.
Merk : I denne listen kan den samme gasspedalen vises to ganger (eller mer) i samme tabell, for eksempel før og etter en modifisering eller forbedring, og / eller i to tabeller (eller flere), avhengig av om den er transformert fra en type til en annen, eller hvis den kan fungere i to moduser. Dermed vises Tevatron tre ganger: en gang i tabellen "faste målakseleratorer" og to ganger i tabellen "Hadron kolliderer". Et annet eksempel, Large Hadron Collider kan produsere kollisjoner mellom protoner som kollisjoner mellom ioner, derav dens tilstedeværelse i de to tilsvarende tabellene.
Primitive akseleratorer
De brukte alle enkle bjelker rettet mot faste mål. De ble brukt til korte, billige, ukvalifiserte eksperimenter (de hadde ikke noe navn).
Syklotroner
Med de største syklotronene bestilt før krigen toppet energien. Syklotronen kan ikke akselerere partikler like lette som elektroner, fordi disse partiklene oppfører seg raskt på en relativistisk måte.
| Akselerator | plassering | År med drift |
Skjema | Akselerert partikkel | Kinetisk energi |
Notater og funn |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 23 cm syklotron | UC Berkeley - USA | 1931 | Sirkulær | H 2 + | 1,0 MeV | Konseptheving |
| 28 cm syklotron | UC Berkeley - USA | 1932 | Sirkulær | Proton | 1.2 MeV | |
| 68 cm syklotron | UC Berkeley - USA | 1932-1936 | Sirkulær | Deuterium | 4.8 MeV | Interaksjoner mellom deuterium og kjerne |
| 94 cm syklotron | UC Berkeley - USA | 1937-1938 | Sirkulær | Deuterium | 8 MeV | Oppdagelse av mange isotoper |
| 152 cm syklotron | UC Berkeley - USA | 1939-1941 | Sirkulær | Deuterium | 16 MeV | Oppdagelse av mange isotoper |
| 4,67 m syklotron | Berkeley Rad Lab [1] - USA | 1942- | Sirkulær | Diverse | > 100 MeV | Uranium Isotope Separation Research |
| Kalutroner | Oak ridge, Tennessee - USA |
1943- | "I hestesko" | uran kjerner |
Brukes til å skille isotoper fra Manhattan-prosjektet |
[1] Første gasspedal bygget på det nåværende stedet for Lawrence Berkeley National Laboratory, senere kjent som Berkeley Radiation Laboratory ("Rad Lab" for kort)
Elektrostatiske akseleratorer
En høy statisk spenning påføres mellom to elektroder og produserer dermed et statisk elektrisk felt . Se elektrostatiske akseleratorer
| Akselerator | plassering | År med drift |
Skjema | Akselerert partikkel | Kinetisk energi |
Notater og funn |
|---|---|---|---|---|---|---|
Cockcroft og Walton elektrostatisk akselerator |
Cavendish Laboratory | 1932 | Cockcroft-Walton generator | Proton | 0,7 MeV | Den første som knuste kjernen ( Litium ) |
Synkrocyclotrons
I en synkrocyclotron er det størrelsen på elektromagneten som bestemmer den endelige energien. Resonansfrekvensen til HF-systemet må kunne variere lett takket være en variabel kondensator plassert mellom duantlederen ( dee ) og veggen. En likestrømsspenning lagt over på HF-spenningen påføres akselerasjonselektroden for å lette ekstraksjon av ionekilden.
| Akselerator | plassering | År med drift |
Skjema | Akselerert partikkel | Kinetisk energi |
Notater og funn |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Synkrocyclotron | Berkeley - USA | 1948- | sirkulær | proton | 350 Mev | Studie av π mesoner |
| Synkrocyclotron | CERN (Genève) | 1958-1990 | Sirkulær d = 227 cm Frekvensvariasjon 30 til 16 MHz |
Proton | 680 MeV |
Muon unormalt magnetisk øyeblikk |
| Synkrocyclotron | Dubna , Russland | Desember 1949- | Stang E. magnet d = 6 m | Proton | 700 MeV | 7000 tonn (Eiffeltårnet = 7150 t) |
| Synkrocyclotron | St. Petersburg , Russland | Stang E. magnet d = 7 m | Proton | 1 GeV | 7.000 tonn |
Synkrotroner
Mindre metall, mindre elektrisk kraft: synkrotroner har muliggjort et sprang fremover i energi. Energien til Berkeley Bevatron, 6.2 GeV, ble ikke valgt vilkårlig: det er den minste energien som kreves for å produsere antiprotoner.
| Akselerator | plassering | År med drift |
Form og størrelse |
Akselerert partikkel |
Kinetisk energi |
Notater og funn gjort | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Kosmotron |
Brookhaven National Laboratory USA |
1953-1968 | Sirkelring (ca. 72 meter) |
Proton | 3.3 GeV | V-partikler, kunstig produksjon av mesoner . | |
| Birmingham Synchrotron |
Birmingham University | 1953 | Proton | 1 GeV | |||
| Bevatron | Berkeley Rad Lab - LBNL - USA | 1954- ~ 1970 | "Racetrack" | Proton | 6.2 GeV | Merkelig partikkeltest. Antiproton , antineutron blir oppdaget. | |
| Bevalac , kombinasjon av et LINAC-divergensrør, SuperHILAC og Bevatron | Berkeley Rad Lab - LBNL - USA | ~ 1970-1993 | LINAC etterfulgt av et "Race track" | Enhver stabil kjerne | Observasjon av kondensert kjernefysisk materiale. Intratumoral ionisering i onkologi. | ||
| Saturn I | Saclay , Frankrike | 1958-1997 | Proton, tunge ioner | 3 GeV-proton | |||
| Zero Gradient Synchrotron | Argonne National Laboratory - USA | 12.5 GeV | |||||
| Proton Synchrotron PS |
CERN , Sveits | 1959- | Diameter: 200 m sterk fokusering |
Proton | 25 GeV |
Produksjon av antiprotons . Mange opplevelser, inkludert: CLOUD , DIRAC , n_TOF . Også injektor for ISR og SPS . |
|
| AGS Gradient Synchrotron |
Brookhaven National Laboratory -USA |
1960- | Diameter: 200 m sterk fokusering |
Proton | 33 GeV | Oppdagelse av muon neutrino J / Ψ (1974), CP / kaon brudd |
Fast akseleratorer
Mange moderne akseleratorer ble også brukt i fast mål-modus; ofte ble de også brukt som pre-akseleratorer i kollider-systemer, til og med selv omgjort til kollider.
Eksempel: CERN SPS , som, mens den fremdeles ble brukt til å projisere partikler på faste mål, ble omdannet til en proton / antiproton kollider, og brukes for tiden som en injektor for Large Hadron Collider (LHC) .
| Akselerator | plassering | År med drift | Form og størrelse | Akselerert partikkel | Kinetisk energi | Opplevelser | Merknader | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| SLAC Linac | Stanford Linear Accelerator Center USA |
1966 - | 3 km lineær akselerator | Elektron / Positron |
50 GeV | Suksessive forbedringer, brukt til å drive PEP, SPEAR, Stanford Linear Collider, PEP-II | ||
| Fermilab hovedring | Fermilab -USA | 1972 - 1997 | ||||||
|
Super Proton Synchrotron SPS |
CERN, Sveits | 1976 - | Protoner, forskjellige ioner. |
450 GeV for protoner. 33 TeV for blyioner. |
Svært mange, blant dem: CNGS , COMPASS , SHINE , opprettelse av Quark-gluon Plasma . | Også transformert til kollider (Super Proton Antiproton Synchrotron) i 1981, og brukt som en LHC- injektor . | ||
| Bates lineær akselerator | MIT , Middleton, MA, USA | 1974 - 2005 | 500 MeV linac og lagringsring | Polariserte elektroner | ||||
| CEBAF | Jefferson Laboratory, Newport News, VA, USA | 1994 - | 5,75 GeV LINAC resirkulert (oppgradert 12 GeV) | Polariserte elektroner | ||||
| MAMI | Mainz , Tyskland | 1979 - | 855 MeV akselerator | Polariserte elektroner | ||||
| Tevatron | Fermilab Batavia, Illinois, USA |
1983 - 1987 | 6,3 km ringer | Regelmessige forbedringer og transformasjon til kollider | ||||
| GANIL | Caen , Frankrike | 1983 - | To syklotroner i serie. | Karbon ioner til uran | Opptil 95 MeV / A | Se oppdagelser av GANIL | ||
| Vivitron | Strasbourg , Frankrike | 1993 - 2003 | Elektrostatisk Van de Graaff- tandem | Ulike ioner | ? | Ytelse under mål, men fortsatt funksjonell. | ||
| Neutron Source Spallation | Oak Ridge National Laboratory -USA | 2006 - | Lineær (335 m) og sirkulær (248 m) | Protoner | 800 MeV - 1 GeV |
Colliders
En kollider er en maskin som samtidig akselererer to stråler av partikler i motsatt retning, for å få dem til å kollidere frontalt. Denne typen installasjoner er vanskeligere å bygge, men er mye mer effektiv enn en "enkel" akselerator som projiserer partiklene på et fast mål.
Elektron-positron kollidere (e + / e - )
I de aller fleste tilfeller er energiene til elektroner og positroner identiske. Men siden det også er noen få tilfeller der disse energiene er forskjellige, har tabellen to kolonner for å skille energiene til de to typer partikler.
| Akselerator | plassering | År med drift |
Form og størrelse |
Energi av elektroner |
Energi av positroner |
Opplevelser | Bemerkelsesverdige funn | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| AdA | Frascati , Italia | 1961-1964 | Sirkulær omkrets på 130 cm |
250 MeV | 250 MeV | . | . | |
| ACO Orsay kollisjonsring |
Orsay , Frankrike | 1965-1975 | Sirkelomkrets på 22 m |
550 MeV | 550 MeV | ρ 0 , K + K - , φ 3C , μ + μ - , M2N og DM1 | Fra 1975 til 1988 ble ACO brukt som en kilde til synkrotronstråling. | |
| SPYD | SLAC , USA | Mark I (detektor) Mark II (detektor) Mark III (detektor) |
Discovery of Charmonium Quark Charm (1974) Lepton tau (1978) |
|||||
| PEP | SLAC , USA | Mark II | ||||||
| Stanford Linear Collider SLC |
SLAC , USA | Tillegg til SLAC Linac |
45 GeV | 45 GeV | SLD , Mark II | Bevis for de tre familiene av nøytrinoer Måling av den elektriske svake blandingsvinkelen |
||
| Stor LEP elektron-positron kollider |
CERN Genève , Sveits |
(LEP I) 1989-1995 (LEP II) 1996-2000 |
Sirkulær, 27 km | 104 GeV | 104 GeV |
Aleph Delphi Opal L3 |
Bare tre familier av nøytrinoer eksisterer, som involverer 3 generasjoner fermioner . Nøyaktige målinger av massen til W- og Z- bosonene . |
|
| DORIS |
DESY ( Hamburg , Tyskland) |
1974-1993 | Sirkulær, 300 m | 5 GeV | 5 GeV | ARGUS, krystallkule, DASP, PLUTO | Svingning av nøytrale B-mesoner | |
| Petra (en) |
DESY ( Hamburg , Tyskland) |
1978-1986 | Sirkulær, 2 km | 20 GeV | 20 GeV | JADE, MARK-J, PLUTO, TASSO | Oppdagelsen av gluonen i 3-jet hendelser |
|
| CESR (en) | Cornell University, USA | 1979-2002 | Sirkulær, 768 moh | 6 GeV | 6 GeV | CUSB, CHESS, CLEO, CLEO-2, CLEO-2.5, CLEO-3 | Første observasjon av et β-forfall | |
| CESR-c | Cornell University, USA | 2002-? | Sirkulær, 768 moh | 6 GeV | 6 GeV | CHESS, CLEO-c | ||
| PEP-II | SLAC , USA | 1998-2008 | Sirkulær, 2,2 km | 9 GeV | 3.1 GeV | BaBar | Oppdagelse av brudd på CP-symmetri i meson B- systemet | |
| KEKB | KEK fra Japan | 1999-2008? | Sirkulær, 3 km | 8.0 GeV | 3.5 GeV | Vakker | Oppdagelse av brudd på CP-symmetri i meson B- systemet | |
| VEPP-2000 | Novosibirsk | 2006- | Sirkulær, 24 m | 1.0 GeV | 1.0 GeV | |||
| VEPP-4M | Novosibirsk | 1994-? | Sirkulær, 366 moh | 6.0 GeV | 6.0 GeV | |||
| BEPC | Kina | 1989-? | Sirkulær, 240 m | 2.2 GeV | 2.2 GeV | BES | ||
| DAΦNE | Frascati , Italia | 1999- | Sirkulær, 98 m | 0,7 GeV | 0,7 GeV | KLOE | ||
| BEPC II | Kina | 2008- | Sirkulær, 240 m | 3.7 GeV | 3.7 GeV | Beijing Spectrometer III (en) |
Hadron kollidere ( p anti p og pp )
| Akselerator | plassering | operative år |
Form og størrelse |
partikler kollisjonsnøyer |
Beam energi |
Eksperimenter (detektorer) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| ISR Interaction Storage Rings |
CERN (Europa) | 1971-1984 | Sirkelringer (948 m) |
Proton / Proton & Proton / Antiproton |
31.5 GeV | Stort tverrgående momentum partikkelproduksjon |
|
Super Proton Synchrotron |
CERN (Europa) | 1981-1984 | Sirkelring (6,9 km) |
Proton / Antiproton |
UA1, UA2 | |
|
Tevatron Run I |
Fermilab (USA) | 1992-1995 | Sirkelring (6,3 km) og injektorring |
Proton / Antiproton |
900 GeV + 900 GeV | CDF, D0 |
|
RHIC pp- modus |
Brookhaven National Laboratory (BNL - USA) | 2000-dato | Sirkulær ring (3,8 km) |
Proton / Proton |
100 GeV + 100 GeV | PHENIX, STJERNE |
|
Tevatron Run II |
Fermilab (USA) | 2001-2011 | Sirkelring (6,3 km) og injektorring |
Proton / Antiproton |
980 GeV + 980 GeV | CDF, D0 quark top (1995) |
|
Stor Hadron Collider LHC |
CERN (Europa) | 09/10/2008-nåtid | Sirkelringer (27 km) |
Proton / Proton |
7 TeV + 7 TeV Nominell |
ALICE , ATLAS , CMS , LHCb , TOTEM |
Proton-elektron kollidere (p / e - )
| Akselerator | plassering | År med drift |
Form og størrelse |
Elektronens energi |
Proton energi |
Opplevelser |
|---|---|---|---|---|---|---|
| HERA | DESY | 1992-2007 | Sirkulær ring (ca 6336 meter) |
27,5 GeV | 920 GeV | H1 , ZEUS , HERMES, HERA-B |
Ion kolliderere
| Akselerator | plassering | operative år |
Form og størrelse |
ioner collisionnés |
Ion energi |
Eksperimenter |
|---|---|---|---|---|---|---|
|
RHIC Relativistic Heavy Ion Collider |
Brookhaven National Laboratory , New York, USA | 2000- | 3,8 km | Au-Au; Cu-Cu; d-Au; pp polarisert | 0,1 TeV per nukleoner | STJERNE, PHENIX, Brahms, Phobos |
|
Stor Hadron Collider LHC |
CERN, Europa | 2009-nåtid | Sirkelringer (ca. 27 km) |
Pb-pb | 2,76 TeV per nukleon | ALICE |
Spesielle tilfeller
- Den antiproton Deselerasjonspedal ved CERN : som navnet antyder, tjener denne anordning til å bremse ned de antiprotons (produsert av høyhastighets protoner projisert på et metall mål), og har derfor en invers operasjon prinsipp fra den til en partikkelakselerator! Hensikten med denne maskinen er å samle antiprotoner (generert takket være en annen installasjon), å bringe dem til lav energi, og til slutt å lage en kontrollert stråle av dem. Denne strålen kan deretter utnyttes av visse eksperimenter som ikke kunne bruke en "rå" antiproton-strøm.
Merknader og referanser
- H. Przysiezniak, dønningene av atomer , 529 th Conference ved University of all kunnskap, 16-06-2004
- Michel Crozon , Råmateriale - Søket etter grunnleggende partikler og deres interaksjoner Éditions du Seuil, 1987
- Michel Crozon, Universet av partikler , Éditions du Seuil, 1999
- (fr) public.web.cern.ch; PS - protonsynkrotronen, en partikkeljongler
- (fr) public.web.cern.ch; SPS - proton supersynchrotron, den første Ringenes Herre
- (no) Vivitron, introduksjon
- Proton / antiproton kollisjoner skjedde først fra april 1981: public.web.cern.ch; Proton mot proton , konsultert i juli 2010.
- SPS er fortsatt i bruk i dag, men som en injektor for LHC og som en akselerator på et fast mål og ikke som en kollider, se ovenfor .
- (fr) public.web.cern.ch; AD - Antiproton Decelerator , konsultert i august 2009
Interne lenker
Eksterne linker
- (fr) LHC, den største akseleratoren i verden (LHC-Frankrike nettsted for CNRS og CEA)
- (no) LHC-guiden (CERN)
- (fr) for CERN LHC akseleratoren området
- (no) Judy Goldhaber, "Bevalac hadde 40-års oversikt over historiske funn". 9. oktober 1992. http://www.lbl.gov/Science-Articles/Archive/Bevalac-nine-lives.html
- (no) Høyenergi kollideringsparametere fra Particle Data Group
- (no) Partikkelakseleratorer over hele verden
- (en) Lawrence og hans laboratorium - en historie om de første årene av akseleratorfysikk ved Lawrence Berkeley Laboratory
- (no) En kort historie og gjennomgang av akseleratorer (11 s, PDF-fil)
- (en) SLAC-strålelinjer over tid
- (in) Akseleratorer og detektorer kalt Mark på SLAC
- (no) (fr) En produsent av gasspedalen