Tevatron

A Tevatron vagy Tevatron ( eng.  Tevatron ) egy gyűrűs gyorsító - ütköztető , amely a National Accelerator Laboratory-ban található. Enrico Fermi Bataviában, Illinois államban , Chicago közelében . A Tevatron egy szinkrotron , amely lehetővé tette a töltött részecskék - protonok és antiprotonok - felgyorsítását egy 6,3 km hosszú földalatti gyűrűben 980 GeV (~ 1 TeV ) energiára , innen kapta a gép a nevét - Tevatron [1] . A Tevatron építése 1983 -ban fejeződött be , az építési költség körülbelül 120 millió dollár volt , azóta a Tevatron több korszerűsítésen esett át. A legnagyobb a főbefecskendező építése volt , amelyet 5 évig ( 1994-1999 ) végeztek . 1994- ig a gyorsító minden nyalábjának energiája 900 GeV volt . A gyorsító 28 éves működés után 2011-ben fejezte be munkáját . Ez a világ második legnagyobb részecskeütközési energiája az LHC után .

Létrehozás és működés története

1968. december 1-jén megkezdték a lineáris gyorsító (linac) létrehozását. A fő gyorsítóépület és a 6,4 km-es fő gyorsítógyűrű építése 1969. október 3-án kezdődött Robert Wilson , a Fermilab alapítója és első igazgatója vezetésével . A 200 MeV-es linac 1970. december 1-jén, a 8 GeV-es booster 1971. május 20-án állt üzembe. 1971. június 30-án egy 7 GeV-es protonsugár haladt át a gyorsító minden szakaszán, beleértve a főgyűrűt is, hogy a először.

1972. január 22-én az ütközési energiát 20 GeV-ra, majd 53 GeV-ra (február 4-én) és 100 GeV-ra (február 11-én) emelték. 1972. március 1-jén először kaptak protonnyalábot 200 GeV tervezési energiával, amelyet 1973 végére 300 GeV-ra emeltek.

1976. május 14-én a protonnyaláb energiája 500 GeV volt, ami lehetővé tette egy új TeV energiaskála bevezetését (1 TeV = 1000 GeV), míg az akkor Európában működő Proton Super Synchrotron 400 GeV energiát biztosított. .

1977. augusztus 15-én a régi réz főgyűrűs mágneseket szupravezetőre cserélték.

A 800 GeV-os (kicsit később - 900 GeV-os) nyalábenergiát 1984. február 16-án érték el, ami ezt követően 1,8 TeV energiájú proton-antiproton ütközések megvalósítását tette lehetővé 1986. november 30-ig.

1993-ban 6 év működés után a fő befecskendezőt egy gyorsítógyűrűre cserélték, ami 290 millió dollárba került. Ennek eredményeként 2001. március 1-re a nyaláb energiája elérte a 980 GeV-ot.

2004. július 16-án a Tevatron akkori fényerőrekordot ért el , amely ezt követően többszörösére nőtt, és elérte a 4×10 32 cm −1 s −1 értéket .

2011 végére a Nagy Hadronütköztető 3,5 TeV (3,6-szor nagyobb) nyalábenergiánál 3,65 × 10 33 cm −1 s −1 (9-szer nagyobb) fényerőt ért el, ezért a fizikusok fő figyelme a az LHC. A viszonylag elavult Tevatron nem kapott elegendő finanszírozást a munka meghosszabbításához [2] , és 2011. szeptember 30- án 15:30 -kor észak-amerikai keleti idő szerint ( október 1-jén 01:30 MSK ) a gyorsítót leállították, miután befejezte a munkát. A gyorsító leállítási ceremóniához két gombot telepítettek - egy pirosat, amely leállítja a protonok és az antiprotonok gázellátását a gyorsítóhoz, és egy kéket, amely kikapcsolja a Tevatron tápellátását. A gombok megnyomását Helen Edwards fizikusra bízták [ 3] [ 4] . 

A Tevatron gyorsítókomplexum összetétele

A Tevatronban a részecskegyorsulás több szakaszban történik. Az első szakaszban a 750 keV -os előgyorsító ( egy Cockcroft-Walton generátoron alapuló elektrosztatikus gyorsító ) felgyorsítja a negatív töltésű hidrogénionokat. Ezután az ionok egy 150 méteres lineáris gyorsítón (linac) átrepülnek, és váltakozó elektromos térrel 400 MeV energiára gyorsítják fel a részecskéket . Az ionok ezután áthaladnak a szénfólián, és teljesen elveszítik az elektronokat , de megtartják a kinetikus energiát; a fólián áthaladó protonok belépnek a boosterbe.

A Booster  egy kis gyűrűs mágneses gyorsító. A protonok körülbelül 20 000 kört repülnek ebben a gyorsítóban, és körülbelül 8 GeV energiát kapnak . Az erősítőből a részecskék a fő befecskendezőbe jutnak , amely számos feladatot lát el. A protonokat 150 GeV -ra gyorsítja, 120 GeV -os protonokat állít elő antiprotonok előállításához, és az antiprotonokat is 150 GeV-ra gyorsítja. Utolsó feladata protonok és antiprotonok befecskendezése a Tevatron fő gyorsítógyűrűjébe. Az antiprotonok az úgynevezett antiprotonforrásban keletkeznek , ahol 120 GeV -os protonok bombáznak egy álló nikkel célpontot. Ennek eredményeként hatalmas számú különböző típusú részecske születik, köztük antiprotonok, amelyek felhalmozódnak és lehűlnek a tárológyűrűben. Az antiprotonokat ezután a fő injektorba fecskendezik.

A Tevatron a protonokat és az antiprotonokat 980 GeV energiára gyorsítja fel , ami 1000-szer nagyobb tömegüknél, miközben a sebesség nagyon kevéssé tér el a fény sebességétől. A Tevatron egy ütköztető típusú gép. Ez azt jelenti, hogy a protonok és az antiprotonok ellentétes irányban repülnek, és a gyorsítógyűrű több pontján ütköznek, ahol a részecskedetektorok találhatók. Összesen 2 detektor van telepítve a Tevatron alagútba - CDF és D0 . Annak érdekében, hogy a részecskéket a gyorsító csatornában tartsák, szupravezető dipólus mágneseket használnak, amelyeket folyékony hélium hőmérsékletére hűtenek le . A mágnesek 4,2 Tesla mágneses teret hoznak létre .

A Tevatron gyorsítónál végzett kísérletek legfontosabb felfedezései

• 1995. március 2- án a CDF és a D0 együttműködések bejelentették a Standard Modell utolsó kvarkjának  , a t-kvarknak [5] felfedezését, 2007-ben a tömegmérés pontossága elérte az 1%-ot.
• 1996. november 18- án az E866 együttműködés bejelentette 7 antihidrogén atom előállítását , ezt követően a kapott atomok száma több százra nőtt [6] . A kísérlet célja az antihidrogén spektrumának tanulmányozása és összehasonlítása a hidrogén spektrumával .
• 1998. március 5- én bejelentették egy - és -kvarkokból [7] álló mezon felfedezését .
• 1999. március 1-jén bejelentették a CP megsértésének egy másik típusának felfedezését a semleges kaonok bomlásának vizsgálatában ( KTeV kísérlet ) [8] .
• 2000. július 20-án a Fermilab sajtóközleménye bejelentette, hogy a DONuT- kísérlet először mutatott ki közvetlenül tau-neutrínókat , amelyek kölcsönhatásba léptek a vasatomok magjaival, és tau leptonokat képeztek . A tau-neutrínók kimutatására irányuló korábbi kísérletek közvetettek voltak [9] .
• 2006. szeptember 25- én a CDF együttműködés bemutatta a B s mezonok rendszerében az oszcillációk első megfigyelését [10] [11] .
• 2006. október 23- án a CDF együttműködés bejelentette a - és - barionok felfedezését [12] [11] .
• 2007 -ben az együttműködés egy -barion megfigyeléséről számolt be [11] .
• 2008- ban a CDF együttműködése egy rendhagyó esemény felfedezését jelentette be. A müonok születése a proton-antiproton nyalábok ütközési pontjától jelentős távolságra történt [13] , ami egy új részecske születésének a következménye lehet, amely ezt követően müonokká bomlik [14] . A D0 együttműködés ezt nem erősítette meg [15] .
• 2009- ben (más források szerint [16] , 2008. szeptember 3. ) az együttműködés egy -barion megfigyeléséről számolt be [11] .
• 2009. március 9- én a CDF és a D0 együttműködései egyetlen t-kvark termelési események regisztrálásáról számoltak be [17] .
• 2009. március 17- én bejelentették egy új Y(4140) elemi részecske regisztrációját, amelynek J/ψ-mezonná és Phi-mezonná bomlását a Standard Modell [ 18] keretein belül nem írja le. 19] . 2012. november 15- én az LHC -nél dolgozó CMS együttműködés bejelentette ennek az 5σ-t meghaladó statisztikai szignifikáns részecske megfigyelésének megerősítését [20] [21] .
• 2009 -ben a CDF együttműködés bejelentette, hogy az előállított elektron - pozitron párok energiáinak vizsgálata során 240 GeV körüli anomális csúcsot regisztráltak, ami egy új elemi részecske regisztrálására utalhat. A felfedezést más források nem erősítik meg [22] .
• 2010 -ben a CDF együttműködés bejelentette, hogy aszimmetriát fedeztek fel az előállított top kvarkok és az anti-top kvarkok szögeloszlása ​​között, amely 3,4σ-vel tér el a Standard Modell előrejelzéseitől [23] . 2011 -ben a D0 együttműködés 5,4 fb −1 statisztikai adatfeldolgozás után megerősítette a felfedezett hatás létezését [24] . A mért aszimmetria 19,6±6,5%, míg az elméleti előrejelzések körülbelül 5%. A proton-proton LHC -nél (ellentétben a proton-antiproton Tevatronnal) ilyen aszimmetria nem figyelhető meg [25] . Jelenleg nincs elméleti magyarázat a megfigyelt hatásra.

• 2011 áprilisában a CDF együttműködés bejelentette egy anomális csúcs jelenlétét két , 140–150 GeV -os hadronsugár invariáns tömegének tartományában („Wjj-anomália”), amely egy W-bozon születése során fordul elő, és nem jósolható a Standard Modell keretében. Az így létrejövő csúcs megfelelhet egy új részecskének (ami nem egy Higgs-bozon ), egy új alapvető kölcsönhatásnak (a részecske lehet a feltételezett bozonja), vagy a jet energiáinak mérése során elkövetett szisztematikus hiba eredménye. A kapott eredményeket újra kell ellenőrizni [26] [27] , a "felfedezésnek" még nincs egyértelmű értelmezése [28] . A 2011 májusában publikált, nagyobb statisztikán szerzett adatok megerősítik egy 5σ-hoz közeli statisztikai szignifikancia anomális csúcs létezését [29] . 2011 júniusában a D0 együttműködés publikált egy tanulmányt, amelyben a rendellenes csúcs jelenlétét nem erősítették meg [30] . 2012 augusztusában az LHC -nél dolgozó CMS -együttes publikált egy cikket, amely szintén nem erősíti meg az anomális csúcs megfigyelését [31] [32] .
• A CDF együttműködés 2011. június 20- án egy új elemi részecske, a -barion születésének 25 eseményének megfigyeléséről számolt be (7σ statisztikai szignifikancia szinten), amelyet a Standard Modell keretein belül jósoltak meg, és s-ból áll. , b- és u-kvarkok [11] [33] .
• 2012. július 2- án a CDF és a D0 együttműködése bejelentette, hogy 2001 óta 500 billió ütközés elemzése alapján a Higgs-bozon tömege 115 és 135 GeV között van [34] [35] . A megfigyelt jellemzők statisztikai szignifikanciája 2,9σ volt. A Tevatron adatok végső elemzése nem tette lehetővé, hogy végső következtetést vonjunk le a Higgs-bozon felfedezéséről [36] [37] . Két nappal később, 2012. július 4-én az LHC detektorok adatai nagy valószínűséggel új részecske létezését jelezték a 125,3 ± 0,4 GeV ( CMS ) [38] és 126 ± 0,4 GeV ( ATLAS ) [39] energiatartományban. , amely megfelelt a Tevatron által szerzett adatoknak.
• 2022 áprilisában a CDF nemzetközi együttműködés fizikusai a Tevatron ütköztető 10 éves működésének adatai alapján készült tanulmányukban kimutatták, hogy a W-bozon tömege 0,09%-kal nagyobb, mint azt a a standard modell [40] [41] .

Tudományos örökség

2014 szeptemberében kezdett megjelenni az ütköztető tudományos eredményeiről szóló fő áttekintés [42] .

Lásd még

• LEP
• Nagy hadronütköztető (LHC)
• Bevatron
• Zevatron

Jegyzetek

1. ↑ FERMILAB-TM-0763 Wilson, R. R. Fermilab, The Tevatron, 1978. . Hozzáférés dátuma: 2008. január 29. Az eredetiből archiválva : 2016. március 3. (határozatlan)
2. ↑ Pavel Kotlyar. Az USA leállítja a Tevatront . Infox.ru (2011. január 11.). Hozzáférés dátuma: 2011. január 13. Az eredetiből archiválva : 2012. március 3. (Orosz)
3. ↑ Befejezte munkáját a világ második legerősebb gyorsítója, a Tevatron , Lenta.ru (2011. október 1.). Archiválva az eredetiből 2011. október 2-án. Letöltve: 2011. október 1.
4. ↑ Elemek – tudományos hírek: A Tevatron befejezte munkáját.
5. ↑ Top Quark sajtóközlemény (történelmi) Archiválva : 2011. október 13., a Wayback Machine  - Fermilab
6. ↑ Fermilab Antihydrogen Experiment Fact Sheet archiválva 2011. október 21-én a Wayback Machine -nél .
7. ↑ Forrás . Letöltve: 2011. október 3. Az eredetiből archiválva : 2011. október 17.. (határozatlan)
8. ↑ A FERMILAB fizikusai új anyag-antianyag aszimmetriát találtak . Archiválva : 2011. október 21. a Wayback Machine -nél .
9. ↑ A fizikusok megtalálták az első közvetlen bizonyítékot a Tau Neutrino-ra a Fermilabnál Archiválva 2016. október 20-án a Wayback Machine -nél .
10. ↑ CDF B_s . Letöltve: 2011. október 3. Az eredetiből archiválva : 2015. november 7.. (határozatlan)
11. ↑ 1 2 3 4 5 A Fermilab kísérlet a neutron egy nehéz rokonát fedezi fel. Archiválva : 2011. szeptember 28. a Wayback Machine  - Fermilabnál. 2011. július 20
12. ↑ A Fermilab kísérletezői protonok és neutronok egzotikus rokonait fedezték fel. Archiválva : 2011. szeptember 18. a Wayback Machine -nél .
13. ↑ CDF kollaboráció (2008), p-pbar ütközések során előidézett több müonos események vizsgálata sqrt(s)=1,96 TeV mellett, arΧiv : 0810,5357 [hep-ex]. 
14. ↑ A CDF detektor olyan jelenséget észlelt, amely nem magyarázható a szabványos modell keretein belül, archiválva 2009. június 9-én a Wayback Machine -nél  - Elements.ru
15. ↑ Mark RJ Williams a D0 együttműködés nevében. Túlzott dimuontermelés keresése a radiális régióban 1,6 < r ≲10 cm a D0 kísérletben // PoS EPS-HEP2009:248. – 2009.
16. ↑ DZero Omega-sub-b archiválva : 2008. szeptember 5. a Wayback Machine -nél (sajtóközlemény)
17. ↑ A Fermilab ütköztetős kísérletei ritka, egyetlen felső kvarkot fedeztek fel . Archiválva : 2011. november 12. a Wayback Machine -nél .
18. ↑ Furcsa részecske készült; Lehet újraírni, hogyan készül az anyag . Letöltve: 2012. november 18. Az eredetiből archiválva : 2012. október 15.. (határozatlan)
19. ↑ A Belle együttműködés. Egy új rezonancia bizonyítéka és az Y(4140) keresése a γγ→ϕJ/ψ folyamatban // Phys. Fordulat. Lett.. - 2010. - Vol. 104. - S. 112004. - doi : 10.1103/PhysRevLett.104.112004 .
20. ↑ Új részecskeszerű szerkezet megerősítést nyert az LHC-n Archiválva 2012. november 21-én a Wayback Machine  - symmetry magazinban
21. ↑ PhysicsResultsBPH11026 < CMSPublic < TWiki . Letöltve: 2012. november 19. Az eredetiből archiválva : 2017. október 24.. (határozatlan)
22. ↑ Fizika – A spektrum bumpjának megfejtése Archiválva : 2009. április 2. a Wayback Machine -nél .
23. ↑ CDF együttműködés. Bizonyíték a tömegfüggő előre-hátra aszimmetriára a felső kvarkpárok termelésében // Phys. Fordulat. D. - 2011. - Kt. 83. - S. 112003. - doi : 10.1103/PhysRevD.83.112003 .
24. ↑ Válassza a Hitelesítési rendszer lehetőséget . Letöltve: 2011. július 26. Az eredetiből archiválva : 2011. október 21.. (határozatlan)
25. ↑ Elements Science News: A CMS-detektor nem erősíti meg a Tevatronnál talált erős aszimmetriát. Archiválva : 2011. szeptember 12. a Wayback Machine -nél .
26. ↑ Fermilab ma. Az izgalmat okozó adatcsúcs. . Letöltve: 2011. április 9. Az eredetiből archiválva : 2011. április 10.. (határozatlan)
27. ↑ CDF együttműködés. Egy W - bozonnal társított sugárpárok invariáns tömegeloszlása ​​pp̅ ütközésekben √ s =1,96 TeV mellett // Fizik. Fordulat. Lett.. - 2011. - Vol. 106. - P. 171801. - doi : 10.1103/PhysRevLett.106.171801 .
28. ↑ Elemek – tudományos hírek: A Tevatron legutóbbi eredménye nem váltott ki nagy lelkesedést a fizikusok körében Archiválva : 2013. május 10. a Wayback Machine -nél .
29. ↑ Elemek – tudományos hírek: A Tevatronnál észlelt Wjj anomália felerősödött. (nem elérhető link) . Letöltve: 2011. május 31. Az eredetiből archiválva : 2011. november 21.. (határozatlan) 
30. ↑ A dijet invariáns tömegeloszlás vizsgálata ppbar-->W(-->lv)+jj végállapotokban sqrt(s)=1,96 TeV mellett . Letöltve: 2011. június 11. Az eredetiből archiválva : 2011. június 13. (határozatlan)
31. ↑ A Wjj anomáliát törölték Archivált 2012. augusztus 28-án a Wayback Machine -nél  - Elements.ru
32. ↑ CMS együttműködés. A Dijet tömegspektrum vizsgálata pp -ben → W + jets Események √ s = 7 TeV mellett // Fizik. Fordulat. Lett.. - 2012. - Vol. 109. - P. 251801. - doi : 10.1103/PhysRevLett.109.251801 .
33. ↑ A Fermilab kísérlet a neutron nehéz rokonát fedezi fel. . Letöltve: 2011. október 3. Az eredetiből archiválva : 2011. szeptember 22.. (határozatlan)
34. ↑ A CDF és a DØ által végzett keresések frissített kombinációja a Higgs-bozon szabványos modelljéhez, akár 10,0 fb-1 adattal . Tevatron New Phenomena & Higgs Munkacsoport (2012. június). Letöltve: 2012. augusztus 2. Az eredetiből archiválva : 2016. április 10. (határozatlan)
35. ↑ Bizonyíték arra, hogy a Tevatronban végzett Higgs-bozonkutatások során gyenge bozonokkal összefüggésben keletkezett részecske fenék-antifenék kvarkpárrá bomlik . Tevatron New Phenomena & Higgs Munkacsoport (2012. július). Letöltve: 2012. augusztus 2. Az eredetiből archiválva : 2015. szeptember 21.. (határozatlan)
36. ↑ A Tevatron tudósai bejelentik a Higgs-részecskével kapcsolatos végső eredményeiket . Fermi Nemzeti Accelerator Laboratory (2012. július 2.). Letöltve: 2012. július 7. Az eredetiből archiválva : 2016. október 21.. (határozatlan)
37. ↑ Rebecca Boyle. A Higgs-bozon káprázatos jeleit találta az amerikai Tevatron Collider . Népszerű tudomány (2012. július 2.). Letöltve: 2012. július 7. Az eredetiből archiválva : 2016. február 15. (határozatlan)
38. ↑ CMS együttműködés (2012. július 31.), 125 GeV tömegű új bozon megfigyelése az LHC CMS kísérletével, arΧiv : 1207.7235 . 
39. ↑ ATLAS együttműködés (2012. július 31.), Új részecske megfigyelése a Higgs-bozon szabványos modelljének keresésében az LHC ATLAS detektorával, arΧiv : 1207.7214 . 
40. ↑ Forrás . Letöltve: 2022. június 4. Az eredetiből archiválva : 2022. április 13. (határozatlan)
41. ↑ A W-bozon tömegmérései nem egyeztek a standard modellel / Sudo Null IT News . Letöltve: 2022. június 4. Az eredetiből archiválva : 2022. április 28.. (határozatlan)
42. ↑ Megjelent a Tevatron tudományos eredményeinek áttekintése. . Hozzáférés dátuma: 2016. január 29. Az eredetiből archiválva : 2015. április 2. (határozatlan)

Linkek

• Élő Tevatron állapot
• A Tevatron legfontosabb eseményeinek kronológiája
• Sliwa K. Tevatron ütközőprogram – fizika, eredmények, jövő? // Acta physica polonica B. - 2011. - T. 42 . - S. 1625-1644 .
• Éljen a Tevatron
• Holmes, SD (2011), Emlékezés a Tevatronra: A gép(ek), arΧiv : 1109.2937v1 .