Войти
 Кольца Теватрона (фон) и главного инжектора | |
| Пересекающиеся накопительные кольца | ЦЕРН, 1971–1984 |
|---|---|
| Протонно-антипротонный коллайдер (SPS ) | CERN, 1981–1991 |
| ISABELLE | BNL, отменен в 1983 году |
| Тэватрон | Фермилаб, 1987–2011 гг. |
| Сверхпроводящий суперколлайдер | Отменено в 1993 году |
| Релятивистский коллайдер тяжелых ионов | BNL, 2000– настоящее время |
| Большой адронный коллайдер | ЦЕРН, 2009 – настоящее время |
| Круговой коллайдер будущего | Предлагаемый |
Тэватрон был круговым ускорителем частиц (активным до 2011 года) в США, в Национальной ускорительной лаборатории Ферми (также известной как Фермилаб), к востоку от Батавии, Иллинойс, и является вторым когда-либо построенным коллайдером частиц с самой высокой энергией., после Большого адронного коллайдера (LHC) Европейской организации ядерных исследований (ЦЕРН) около Женевы, Швейцария. Тэватрон был синхротроном, который ускорял протоны и антипротоны в кольце длиной 6,28 км (3,90 миль) до энергий до 1 ТэВ, отсюда и его название. Строительство Tevatron было завершено в 1983 году и обошлось в 120 миллионов долларов, и в период его активной эксплуатации с 1983 по 2011 годы были сделаны значительные инвестиции в модернизацию.
Главным достижением Теватрона стало открытие в 1995 году топ-кварка - последнего фундаментального фермиона, предсказанного Стандартной моделью физика частиц. 2 июля 2012 г. ученые экспериментальных групп коллайдера CDF и DØ в Фермилаб объявили о результатах анализа около 500 триллионов столкновений, произведенных Теватроном. коллайдер с 2001 года, и обнаружил, что существование предполагаемого бозона Хиггса весьма вероятно с вероятностью только 1 из 550, что признаки были вызваны статистическими колебаниями. Через два дня результаты были подтверждены как правильные с вероятностью ошибки менее 1 на миллион по данным экспериментов LHC.
Тэватрон прекратил работу 30 сентября 2011 г. из-за сокращения бюджета и из-за завершения строительства LHC, который начал работу в начале 2010 года и является гораздо более мощным (запланированные энергии составляли два пучка 7 ТэВ на LHC по сравнению с 1 ТэВ на Тэватроне). Главное кольцо Тэватрона, вероятно, будет повторно использовано в будущих экспериментах, а его компоненты могут быть перенесены на другие ускорители элементарных частиц.
1 декабря 1968 года началось строительство линейного ускорителя ( линейный ускоритель). Строительство главного корпуса ускорителя началось 3 октября 1969 года, когда Роберт Р. Уилсон, директор NAL, развернул первую лопату земли. Это станет Главным кольцом Фермилаба с окружностью 6,3 км.
Первый пучок линейного ускорителя 200 МэВ был запущен 1 декабря 1970 года. Первый пучок ускорителя 8 ГэВ был получен 20 мая 1971 года. 30 июня 1971 года, пучок протонов впервые прошел через всю систему ускорителей Национальной ускорительной лаборатории, включая Главное кольцо. Пучок был ускорен всего до 7 ГэВ. В то время бустерный ускоритель забирал протоны с энергией 200 МэВ из линейного ускорителя и «повышал» их энергию до 8 миллиардов электрон-вольт. Затем они были введены в Главный ускоритель.
В том же году перед завершением строительства Главного кольца Уилсон дал показания Объединенному комитету по атомной энергии 9 марта 1971 года, что достичь более высокого уровня возможно. энергии с помощью сверхпроводящих магнитов. Он также предположил, что это можно сделать, используя тот же туннель, что и главное кольцо, и новые магниты будут установлены в тех же местах, чтобы работать параллельно с существующими магнитами главного кольца. Это было отправной точкой проекта Tevatron. Тэватрон находился в стадии исследований и разработок в период с 1973 по 1979 год, в то время как ускорение на Главном кольце продолжало увеличиваться.
В серии этапов ускорение увеличилось до 20 ГэВ 22 января 1972 года и до 53 ГэВ на 4 февраля и до 100 ГэВ 11 февраля. 1 марта 1972 года тогдашняя ускорительная система NAL впервые ускорила пучок протонов до расчетной энергии 200 ГэВ. К концу 1973 года ускорительная система NAL обычно работала на 300 ГэВ.
14 мая 1976 года Фермилаб довел свои протоны до 500 ГэВ. Это достижение дало возможность ввести новую шкалу энергии - тераэлектронвольт (ТэВ), равную 1000 ГэВ. 17 июня того же года на европейском ускорителе Super Proton Synchrotron (SPS) начальный циркулирующий протонный пучок (без ускоряющей высокочастотной мощности) достиг всего 400 ГэВ.
Основное кольцо обычного магнита было остановлено в 1981 году для установки под ним сверхпроводящих магнитов. Главное кольцо продолжало служить инжектором для Тэватрона, пока Главный инжектор не был завершен к западу от Главного кольца в 2000 году. «Удвоитель энергии», как его тогда называли, произвел свой первый ускоренный пучок - 512 ГэВ - 3 июля., 1983.
Его начальная энергия 800 ГэВ была достигнута 16 февраля 1984 г. 21 октября 1986 г. ускорение на Тэватроне было доведено до 900 ГэВ, что обеспечило первое столкновение протона с антипротоном при 1,8 ТэВ на 30 ноября 1986 года.
Главный инжектор, который заменил Главное кольцо, был самым существенным дополнением, построенным за шесть лет с 1993 года и обошедшимся в 290 миллионов долларов. Коллайдер Tevatron Run II начался 1 марта 2001 года после успешного завершения модернизации этого объекта. С тех пор луч был способен передавать энергию 980 ГэВ.
16 июля 2004 г. Тэватрон достиг нового пика светимости, побив рекорд, ранее установленный старыми Европейский Пересекающиеся накопительные кольца (ISR) в ЦЕРН. Тот самый рекорд Фермилаба был удвоен 9 сентября 2006 г., затем чуть более чем утроен 17 марта 2008 г. и в конечном итоге увеличен в 4 раза по сравнению с предыдущим рекордом 2004 г. 16 апреля 2010 г. (до 4 × 10 см с
Тэватрон прекратил работу 30 сентября 2011 года. К концу 2011 года Большой адронный коллайдер (LHC) в ЦЕРНе достиг светимости, почти в десять раз превышающей светимость Теватрона (3,65 × 10 см с). и энергия пучка 3,5 ТэВ каждый (с 18 марта 2010 г.), что уже в ~ 3,6 раза превышает возможности Тэватрона (при 0,98 ТэВ).
Ускорение происходило в несколько этапов. Первой ступенью был предварительный ускоритель 750 кэВ Кокрофта-Уолтона, который ионизировал водород и ускорял отрицательные ионы, созданные с помощью положительное напряжение. Затем ионы проходили в линейный ускоритель длиной 150 метров длиной (линейный ускоритель) (линейный ускоритель), который использовал осциллирующие электрические поля для ускорения ионов до 400 МэВ. Затем ионы проходили через углеродную фольгу, чтобы удалить электроны, и заряженные протоны затем перемещались в бустер.
Бустер представлял собой небольшой круговой синхротрон, вокруг которого протоны проходили до 20 000 раз и достигли энергии около 8 ГэВ. Из бустера частицы подавались в главный инжектор, который был завершен в 1999 году для выполнения ряда задач. Он мог ускорять протоны до 150 ГэВ; производить протоны 120 ГэВ для создания антипротонов; увеличить энергию антипротонов до 150 ГэВ; и вводить протоны или антипротоны в Тэватрон. Антипротоны были созданы источником антипротонов. Протоны с энергией 120 ГэВ столкнулись с никелевой мишенью, образуя ряд частиц, включая антипротоны, которые можно было собирать и хранить в кольце аккумулятора. Кольцо могло затем передавать антипротоны в главный инжектор.
Тэватрон мог ускорять частицы из главного инжектора до 980 ГэВ. Протоны и антипротоны ускорялись в противоположных направлениях, пересекая пути в детекторах CDF и D0 для столкновения при 1,96 ТэВ. Чтобы удерживать частицы на пути, Теватрон использовал 774 ниобий-титан сверхпроводящие дипольные магниты, охлажденные в жидкости гелий создавая напряженность поля 4,2 тесла. Поле нарастало примерно за 20 секунд по мере ускорения частиц. Для фокусировки луча использовались еще 240 NbTi квадрупольные магниты.
Первоначальная конструкция светимости тэватрона составляла 10 см / с, однако после модернизации ускоритель смог обеспечить светимость до 4 × 10 см / с.
27 сентября 1993 г. криогенная система охлаждения ускорителя Теватрон получила название Международный исторический памятник от Американского общества инженеров-механиков. Система, которая поставляла криогенный жидкий гелий сверхпроводящим магнитам Тэватрона, была крупнейшей низкотемпературной системой, существовавшей после ее завершения в 1978 году. Она удерживала катушки магнитов, изгибающих и фокусирующих пучок частиц, в сверхпроводящем состоянии. так что они потребляли только энергии, которая им потребовалась бы при нормальных температурах.
Тэватрон подтвердил существование нескольких субатомных частиц, которые были предсказаны теоретическая физика элементарных частиц, или высказал предположения об их существовании. В 1995 году коллаборации CDF эксперимент и D0 эксперимент объявили об открытии топ-кварка, а к 2007 году они измерили его массу (172 ГэВ) с точностью почти 1%. В 2006 году коллаборация CDF сообщила о первом измерении Bsколебаний и наблюдении двух типов сигма-барионов. В 2007 году коллаборации D0 и CDF сообщили о прямом наблюдении за «Каскадом B» (. Ξ. b) Xi барион.
В сентябре 2008 года коллаборация D0 сообщила об обнаружении. Ω. b, «двойного странного "Омега-барион с измеренной массой, значительно превышающей предсказание кварковой модели. В мае 2009 года коллаборация CDF обнародовала свои результаты поиска. Ω. b, основанные на анализе выборки данных, примерно в четыре раза превышающей один, использованный в эксперименте DØ. Измерения массы в эксперименте CDF составили 6054,4 ± 6,8 МэВ / c и полностью согласуются с предсказаниями Стандартной модели, и при ранее сообщенном значении эксперимента DØ не наблюдалось сигнала. Два противоречивых результата из D0 и CDF различаются на 111 ± 18 МэВ / c или на 6,2 стандартных отклонения. Благодаря отличному согласованию между массой, измеренной CDF, и теоретическим ожиданием, это явный признак того, что частица, обнаруженная CDF, действительно является. Ω. b. Ожидается, что новые данные эксперименты из LHC прояснят ситуацию в ближайшем будущем.
2 июля 2012 года, за два дня до запланированного объявления на Большом адронном коллайдере (LHC), ученые коллайдера Тэватрон из коллабораций CDF и DØ объявили о своих результатах анализа. около 500 триллионов столкновений, произведенных с 2001 года: они обнаружили, что существование бозона Хиггса, вероятно, с массой в диапазоне от 115 до 135 ГэВ. Статистическая значимость наблюдаемых признаков составляла 2,9 сигма, что означало, что существует только 1 из 550 шансов, что сигнал такой величины возник бы, если бы на самом деле не существовало частицы с такими свойствами. Однако окончательный анализ данных с Тэватрона не разрешил вопрос о том, существует ли частица Хиггса. Только когда 4 июля 2012 года ученые с Большого адронного коллайдера объявили о более точных результатах LHC с массой 125,3 ± 0,4 ГэВ (CMS ) или 126 ± 0,4 ГэВ (ATLAS ) соответственно, были ли убедительные доказательства существования частицы Хиггса в этом диапазоне масс посредством последовательных измерений с помощью LHC и Тэватрона.
Землетрясения, даже если они происходили за тысячи миль, действительно вызывали достаточно сильные движения в магнитах, чтобы отрицательно повлиять на качество луча и даже нарушить его. Поэтому на магнитах Tevatron были установлены наклономеры для отслеживания минутных перемещений и быстрого определения причины проблем. Первым известным землетрясением, нарушившим луч, было землетрясение 2002 г. в Денали, с другим отключением коллайдера, вызванным умеренным локальным землетрясением 28 июня 2004 г. С тех пор были обнаружены мельчайшие сейсмические колебания, исходящие от более чем 20 землетрясений. на Теватроне без остановки, как, например, землетрясение 2004 г. в Индийском океане, землетрясение 2005 г. в Ниас-Симеулу, землетрясение в Гисборне в Новой Зеландии 2007 г., 2010 г. Землетрясение на Гаити и землетрясение в Чили 2010.
Координаты : 41 ° 49′55 ″ N 88 ° 15′07 ″ W / 41,832 ° N 88,252 ° W / 41,832; -88.252
