Беватрон
Беватрон — ускоритель частиц — в частности, слабофокусирующий протонный синхротрон — в Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли , США, который начал работать в 1954 году. [1] Антипротон были был открыт там в 1955 году, в результате чего удостоены Нобелевской премии по физике Эмилио Сегре и Оуэн Чемберлен 1959 года . [2] Он ускорял протоны до фиксированной мишени и был назван в честь своей способности передавать энергию в миллиарды эВ («синхротрон на миллиарды эВ»).
Антипротоны [ править ]
Во время разработки Беватрона существовало сильное подозрение, но не было известно, что каждая частица имеет соответствующую античастицу с противоположным зарядом, идентичную во всех других отношениях, - свойство, известное как симметрия заряда .Антиэлектрон, или позитрон , был впервые обнаружен в начале 1930-х годов и теоретически понят как следствие уравнения Дирака примерно в то же время. После Второй мировой войны положительные и отрицательные мюоны и пионы наблюдались во взаимодействиях космических лучей, наблюдаемых в камерах Вильсона и стопках ядерных фотоэмульсий .Беватрон был построен так, чтобы обладать достаточной энергией, чтобы создавать антипротоны и, таким образом, проверять гипотезу о том, что каждой частице соответствует соответствующая античастица. [3] В 1955 году антипротон . с помощью Беватрона был открыт [4] Антинейтрон Оресте был открыт вскоре после этого командой Брюса Корка , Глена Ламбертсона, Пиччиони и Уильяма Вензеля в 1956 году. [5] также в Беватроне. Подтверждение гипотезы симметрии заряда в 1955 году привело к присуждению Нобелевской премии по физике Эмилио Сегре и Оуэну Чемберлену в 1959 году. [4]
Вскоре после того, как Беватрон стал использоваться, было признано, что четность не сохраняется в слабых взаимодействиях , что привело к разрешению загадки тау-тета , пониманию странности и установлению CPT-симметрии как основной особенности релятивистской квантовой теории. теории поля .
Требования и дизайн [ править ]
Для создания антипротонов (масса ~938 МэВ / c 2 энергия пучка протонов примерно 6,2 ГэВ ) при столкновениях с нуклонами в неподвижной мишени при сохранении энергии и импульса требуется .На момент постройки не было известного способа ограничить пучок частиц узкой апертурой, поэтому пространство для луча составляло около четырех квадратных футов в поперечном сечении. [6] Сочетание апертуры луча и энергии потребовало огромного железного магнита массой 10 000 тонн и очень большой вакуумной системы.
большая система мотор-генератор Для увеличения магнитного поля при каждом цикле ускорения использовалась . В конце каждого цикла, после того как луч был использован или извлечен, большая энергия магнитного поля возвращалась для раскрутки двигателя, который затем использовался в качестве генератора для питания следующего цикла, сохраняя энергию; весь процесс занял около пяти секунд. Характерный подъем и падение, вой, звук мотор-генераторной системы были слышны во всем комплексе во время работы машины.
В годы, последовавшие за открытием антипротона, здесь была проделана большая новаторская работа по использованию пучков протонов, извлеченных из самого ускорителя, для поражения мишеней и генерации вторичных пучков элементарных частиц, не только протонов, но также нейтронов, пионов , « странных частиц » и многие другие.
Пузырьковая камера с жидким водородом [ править ]
Извлеченные пучки частиц, как первичных, так и вторичных протонов, в свою очередь, могут быть пропущены для дальнейшего изучения через различные мишени и специализированные детекторы, в частности, с жидким водородом пузырьковую камеру .Многие тысячи взаимодействий частиц, или «событий», были сфотографированы, измерены и подробно изучены с помощью автоматизированной системы больших измерительных машин (известных как «Франкенштейны» по имени их изобретателя Джека Франка). [7] позволяя операторам (обычно женам аспирантов) отмечать точки на треках частиц и вводить их координаты в карты IBM с помощью ножной педали. Колоды карт затем были проанализированы компьютерами раннего поколения, которые реконструировали трехмерные дорожки магнитных полей и вычислили импульсы и энергию частиц. Компьютерные программы, чрезвычайно сложные для своего времени, затем адаптировали данные треков, связанные с данным событием, для оценки энергий, масс и идентичности образующихся частиц.
Этот период, когда внезапно были обнаружены сотни новых частиц и возбужденных состояний, ознаменовал начало новой эры в физике элементарных частиц. Луис Альварес вдохновил и руководил большей частью этой работы, за что получил Нобелевскую премию по физике в 1968 году.
Бевалак [ править ]
Беватрон получил новую жизнь в 1971 году. [8] когда он был присоединен к SuperHILAC линейному ускорителю в качестве инжектора тяжелых ионов. [9] Комбинацию придумал Альберт Гиорсо , который назвал ее Бевалак. [10] Это могло бы ускорить широкий спектр стабильных ядер до релятивистских энергий. [11] Окончательно его вывели из эксплуатации в 1993 году.
Конец жизни [ править ]
В ускорителях следующего поколения использовалась «сильная фокусировка» и требовались гораздо меньшие апертуры и, следовательно, гораздо более дешевые магниты. CERN Синхротрон переменного PS ( Протонный синхротрон , 1959) и Брукхейвенская национальная лаборатория AGS ( градиента , 1960) были первыми машинами следующего поколения, с апертурой примерно на порядок меньше в обоих поперечных направлениях и достигавшими энергии протонов 30 ГэВ. , но с менее массивным магнитным кольцом. Для сравнения: циркулирующие лучи в Большом адронном коллайдере с примерно в 11 000 раз большей энергией и чрезвычайно высокой интенсивностью, чем у Беватрона, ограничены пространством порядка 1 мм в поперечном сечении и фокусируются до 16 микрометров в поперечном сечении. области пересечения столкновений, в то время как поле изгибающих магнитов лишь примерно в пять раз выше.
Снос Беватрона начался в 2009 году и завершился в начале 2012 года. [12]
См. также [ править ]
- Синхротрон переменного градиента 33 ГэВ : синхротрон с сильной фокусировкой на , следующий шаг после Беватрона.
- Теватрон : ускоритель лаборатории Ферми, протон-антипротонный коллайдер на 1 ТэВ, крупнейший ускоритель частиц, построенный в США (прекративший работу в 2011 году).
Ссылки [ править ]
- ^ Документ радиационной лаборатории Калифорнийского университета UCRL-3369, «Опыт работы с БЕВАТРОНОМ», Э. Дж. Лофгрен, 1956.
- ^ «История антиматерии – с 1928 по 1995 год» . ЦЕРН. Архивировано из оригинала 1 июня 2008 г. Проверено 24 мая 2008 г. (Цитируемая страница отмечена как «3 из 5». Заголовок на цитируемой странице — «1954: электроинструменты».)
- ^ Нобелевская лекция Сегре, 1960 г.
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б «История антиматерии – с 1928 по 1995 год» . ЦЕРН. Архивировано из оригинала 1 июня 2008 г. Проверено 24 мая 2008 г. (Цитируемая страница отмечена как «3 из 5». Заголовок на цитируемой странице — «1954: электроинструменты».)
- ^ Корк, Брюс; Ламбертсон, Глен Р.; Пиччони, Оресте; Венцель, Уильям А. (15 ноября 1956 г.). «Антинейтроны, образующиеся из антипротонов в результате столкновений с перезарядкой» (PDF) . Физический обзор . 104 (4): 1193–1197. Бибкод : 1956PhRv..104.1193C . дои : 10.1103/PhysRev.104.1193 . S2CID 123156830 .
- ^ «Э.Дж. Лофгрен, 2005» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2 марта 2012 г. Проверено 17 января 2010 г.
- ^ «Водородная пузырьковая камера и странные резонансы» (PDF) . www.osti.gov .
- ^ Гольдхабер, Дж. (1992). «У Бевалака был 40-летний рекорд исторических открытий» . Архив лаборатории Беркли . Архивировано из оригинала 14 мая 2011 г. Проверено 1 июня 2008 г.
- ^ Сток, Рейнхард (2004). «Релятивистские ядерно-ядерные столкновения: от BEVALAC до RHIC». Журнал физики G: Ядерная физика и физика элементарных частиц . 30 (8): С633–С648. arXiv : nucl-ex/0405007 . Бибкод : 2004JPhG...30S.633S . дои : 10.1088/0954-3899/30/8/001 . S2CID 18533900 .
- ^ LBL 3835, «Годовой отчет отдела ускорителей», EJLofgren, 6 октября 1975 г.
- ^ Барале, Дж. (июнь 1975 г.). «Представление Бевалака» (PDF) . Транзакции IEEE по ядерной науке . 22 (3): 1672–1674. Бибкод : 1975ИТНС...22.1672Б . дои : 10.1109/TNS.1975.4327963 . S2CID 10438723 .
- ^ Ларайя, Мишель (12 июня 2017 г.). Достижения и инновации в области вывода из эксплуатации ядерных объектов . Издательство Вудхед. ISBN 978-0-08-101239-0 .
Внешние ссылки [ править ]
- История Беватрона. Архивировано 6 октября 2013 г. в Wayback Machine.
- Историческая ретроспектива Э. Дж. Лофгрена "Беватрон"; отличные ранние фотографии.
- Фотографии Беватрона
- Выключение Беватрона. Архивировано 9 мая 2022 г. в Wayback Machine.
- Здание Беватрона планируется снести. Архивировано 3 декабря 2013 г. в Wayback Machine.
- Исторический атомный крушитель превратился в руины и разгул
- Рекорд LBL-Беватрона на INSPIRE-HEP
37 ° 52'39 "N 122 ° 15'03" W / 37,877392 ° N 122,250811 ° W