Bevatron - Bevatron

Edwin McMillan og Edward Lofgren om skjermingen av Bevatron. Skjermingen ble først lagt til senere, etter første operasjon.

Den Bevatron var en partikkelakselerator - spesifikt, en svak fokusering proton synkrotron - ved Lawrence Berkeley National Laboratory , USA, som ble startet opp i 1954. antiproton ble oppdaget der i 1955, noe som resulterer i 1959 Nobelprisen i fysikk for Emilio Segre og Owen Chamberlain . Det akselererte protoner til et fast mål, og ble oppkalt etter sin evne til å gi energier på milliarder av eV . ( B illioner av eV Synchro tron .)

Antiprotoner

På det tidspunktet Bevatron ble designet, var det sterk mistanke om, men ikke kjent, at hver partikkel hadde en tilsvarende antipartikkel med motsatt ladning, identisk i alle andre henseender, en egenskap kjent som ladningssymmetri . Anti-elektronet, eller positronet , ble først observert på begynnelsen av 1930-tallet og teoretisk forstått som en konsekvens av Dirac-ligningen på omtrent samme tid. Etter andre verdenskrig ble positive og negative muoner og pioner observert i kosmisk stråleinteraksjoner sett i skyer og stabler av kjernefysiske fotografiske emulsjoner . Bevatronen ble bygget for å være energisk nok til å lage antiprotoner, og dermed teste hypotesen om at hver partikkel har en tilsvarende antipartikkel. I 1955 ble antiproton oppdaget ved hjelp av Bevatron. Den antineutron ble oppdaget kort tid etter av team av Bruce Cork , Glen Lambertson, Oreste Piccioni , og William Wenzel i 1956 ,, også på Bevatron. Bekreftelse av ladningssymmetri -formodningen i 1955 førte til at Nobelprisen for fysikk ble tildelt Emilio Segrè og Owen Chamberlain i 1959.

Kort tid etter at Bevatron kom i bruk, ble det anerkjent at paritet ikke ble bevart i de svake interaksjonene , noe som førte til oppløsning av tau-theta-puslespillet , forståelsen av merkelighet og etablering av CPT-symmetri som et grunnleggende trekk ved relativistisk kvantum feltteorier .

Krav og design

For å lage antiprotoner (masse ~ 938 MeV / c 2 ) i kollisjoner med nukleoner i et stasjonært mål, samtidig som både energi og momentum bevares, kreves en protonstråleenergi på omtrent 6,2 GeV . På den tiden den ble bygget, var det ingen kjent måte å begrense en partikkelstråle til en smal blenderåpning, så strålen var omtrent fire kvadratmeter i tverrsnitt. Kombinasjonen av stråleåpning og energi krevde en enorm jernmagnet på 10.000 tonn og et veldig stort vakuumsystem.

Et stort motorgeneratorsystem ble brukt til å øke magnetfeltet for hver akselerasjonssyklus. På slutten av hver syklus, etter at strålen ble brukt eller ekstrahert, ble det store magnetiske feltenergien returnert for å spinne opp motoren, som deretter ble brukt som en generator for å drive den neste syklusen, og spare energi; hele prosessen krevde omtrent fem sekunder. Den karakteristiske stigende og fallende, gråtende lyden fra motorgeneratorsystemet kunne høres i hele komplekset da maskinen var i drift.

I årene etter antiproton -oppdagelsen ble det gjort mye banebrytende arbeid her ved hjelp av protoner som ble trukket ut fra akseleratoren, for å treffe mål og generere sekundære bjelker av elementære partikler, ikke bare protoner, men også nøytroner, pioner , " rare partikler " og mange andre.

Det flytende hydrogenboblekammeret

To lyse sirkler på mørk bakgrunn, begge inneholder mange tynne svarte linjer inni.
Første spor observert i flytende hydrogenboblekammer ved Bevatron

Den ekstraherte partikkelstråler, både primær- og sekundær protoner, igjen kan føres for videre studier gjennom forskjellige mål og spesialiserte detektorer, særlig flytende hydrogen boblekammeret . Mange tusen partikkelinteraksjoner, eller "hendelser", ble fotografert, målt og studert i detalj med et automatisert system med store målemaskiner (kjent som "Franckensteins", for deres oppfinner Jack Franck) som tillot menneskelige operatører (vanligvis konene til uteksaminerte) studenter) for å markere punkter langs partikkelsporene og slå koordinatene inn i IBM -kort ved hjelp av en fotpedal. Kortstokkene ble deretter analysert av datamaskiner fra tidlig generasjon, som rekonstruerte de tredimensjonale sporene gjennom magnetfeltene, og beregnet momenta og energi til partiklene. Dataprogrammer, ekstremt komplekse for sin tid, monterte deretter spordataene knyttet til en gitt hendelse for å estimere energiene, massene og identiteten til partiklene som ble produsert.

Denne perioden, da hundrevis av nye partikler og opphissede tilstander plutselig ble avslørt, markerte begynnelsen på en ny æra i elementær partikkelfysikk. Luis Alvarez inspirerte og regisserte mye av dette verket, som han mottok Nobelprisen i fysikk i 1968.

Bevalac

Bevatron fikk et nytt liv i 1971, da den ble koblet til SuperHILAC lineær akselerator som en injektor for tunge ioner. Kombinasjonen ble unnfanget av Albert Ghiorso , som kalte den Bevalac. Det kan akselerere et bredt spekter av stabile kjerner til relativistiske energier. Den ble endelig tatt ut av drift i 1993.

Slutten på livet

Neste generasjon akseleratorer brukte "sterk fokusering", og krevde mye mindre blenderåpninger, og dermed mye billigere magneter. Den CERN PS ( Proton Synkrotronstråling , 1959) og den Brookhaven National Laboratory AGS ( Alternating Gradient Synkrotronstråling , 1960) var den første neste generasjon maskiner, med en åpning omtrent en størrelsesorden mindre i begge tverretninger, og nådde 30 GeV protonenergi , men med en mindre massiv magnetring. Til sammenligning er sirkulasjonsstrålene i Large Hadron Collider , med ~ 11 000 ganger høyere energi og enormt høyere intensitet enn Bevatron, begrenset til et mellomrom i størrelsesorden 1 mm i tverrsnitt, og fokusert ned til 16 mikrometer ved kryssende kollisjonsområder, mens feltet for bøyemagneter er bare omtrent fem ganger høyere.

Rivingen av Bevatron begynte i 2009 og ble fullført tidlig i 2012.

Se også

Referanser

Eksterne linker

Koordinater : 37 ° 52′39 ″ N 122 ° 15′03 ″ W / 37.877392 ° N 122.250811 ° W / 37.877392; -122.250811