Μποζόνιο Χιγκς.flv (Ενδέχεται 2024)
Tevatron, επιταχυντής σωματιδίων που βρισκόταν στο Εθνικό Εργαστήριο Επιταχυντών Fermi (Fermilab) στα Batavia του Ιλλινόις. Το Fermilab είναι και το Tevatron χρησιμοποιήθηκε για το Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ από την Ένωση Ερευνών Πανεπιστημίων, μια κοινοπραξία 85 πανεπιστημίων έρευνας στις Ηνωμένες Πολιτείες και τέσσερα πανεπιστήμια που εκπροσωπούν τον Καναδά, την Ιταλία και την Ιαπωνία. Το Tevatron ήταν ο επιταχυντής σωματιδίων με την υψηλότερη ενέργεια στον κόσμο έως το 2009, όταν αντικαταστάθηκε από το Large Hadron Collider του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Πυρηνικών Ερευνών (CERN). Το Tevatron έκλεισε στις 30 Σεπτεμβρίου 2011.
Το Tevatron κατασκευάστηκε τη δεκαετία του 1980 κάτω από τον πρώτο επιταχυντή σωματιδίων του Fermilab, ένα συγχροντρόνιο πρωτονίων σε μια κυκλική σήραγγα με περιφέρεια 6,3 km (3,9 μίλια). Το Tevatron ήταν ένα υπεραγωγικό συγχροντρόν που εκμεταλλεύτηκε τις υψηλότερες αντοχές μαγνητικού πεδίου που παράγονται από 1.000 υπεραγωγούς μαγνήτες για να επιταχύνει τα πρωτόνια σε σημαντικά υψηλότερα επίπεδα ενέργειας. Ολόκληρος ο δακτύλιος διατηρήθηκε στους 4,5 kelvins (-268,7 ° C, ή -451,6 ° F) με υγρό ήλιο. Το αρχικό synchrotron έγινε μέρος του συστήματος ψεκασμού προκατασκευαστή για το Tevatron, επιταχύνοντας σωματίδια σε 150 GeV (1 GeV = 1 giga electron volt = 1 δισεκατομμύριο ηλεκτρονικά βολτ) και στη συνέχεια τα μεταφέρουμε στο νέο υπεραγώγιμο δακτύλιο για επιτάχυνση στα 900 GeV. Το 1987, το Tevatron άρχισε να λειτουργεί ως πρωταγωνιστής πρωτονίων-αντιπρωτονίων - με πρωτόνια 900-GeV που προσβάλλουν αντιπρωτόνια 900-GeV για να παρέχουν συνολικές ενέργειες σύγκρουσης 1,8 teraelectron volt (TeV; 1,8 τρισεκατομμύρια ηλεκτρονικά βολτ). Ο αρχικός κύριος δακτύλιος αντικαταστάθηκε το 1999 από έναν νέο προενισχυτή, τον κύριο εγχυτήρα, ο οποίος είχε μαγνητικό δακτύλιο 3,3 χιλιομέτρων (2,1 μίλια). Ο κύριος εγχυτήρας έδωσε πιο έντονες ακτίνες στο Tevatron και έτσι αύξησε τον αριθμό των συγκρούσεων σωματιδίων κατά ένα συντελεστή 10.
Η πρώτη ανακάλυψη του Tevatron ήταν αυτή του κορυφαίου κουάρκ, του έκτου και του πιο μαζικού κουάρκ, το 1995. Οι επιστήμονες συνήγαγαν την ύπαρξη του κορυφαίου κουάρκ, που παράγεται ως αποτέλεσμα συγκρούσεων πρωτονίων-αντιπρωτονίων 1.8-TeV, με βάση την αποσύνθεση του Χαρακτηριστικά. Το 2010 οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν το Tevatron για να ανιχνεύσουν μια μικρή προτίμηση για τα Β-μεσόνια (σωματίδια που περιέχουν ένα κάτω κουάρκ) να αποσυντεθούν σε μιόνια και όχι σε αντιμόνια. Αυτή η παραβίαση της συμμετρίας φόρτισης θα μπορούσε να οδηγήσει σε μια εξήγηση για το γιατί υπάρχει περισσότερη ύλη από την αντιύλη στο σύμπαν.
Στο Fermilab, η δέσμη πρωτονίων, αρχικά με το πρόσχημα των αρνητικών ιόντων υδρογόνου (το καθένα ένα πρωτόνιο με δύο ηλεκτρόνια), προήλθε από μια γεννήτρια 750-kV Cockcroft-Walton και επιταχύνθηκε στα 400 MeV σε έναν γραμμικό επιταχυντή. Στη συνέχεια, ένα φύλλο άνθρακα απογύμνωσε τα ηλεκτρόνια από τα ιόντα, και τα πρωτόνια εγχύθηκαν στο Booster, ένα μικρό συγχροντρόν διαμέτρου 150 μέτρων (500 πόδια), το οποίο επιτάχυνε τα σωματίδια στα 8 GeV. Από το Booster τα πρωτόνια μεταφέρθηκαν στον Κύριο Εγχυτήρα, όπου επιταχύνθηκαν περαιτέρω σε 150 GeV πριν τροφοδοτηθούν στο τελικό στάδιο επιτάχυνσης στο Tevatron.
Τα αντιπρωτόνια παράχθηκαν κατευθύνοντας τα πρωτόνια που επιταχύνθηκαν στα 120 GeV από τον Κύριο Εγχυτήρα στο Fermilab σε έναν στόχο νικελίου. Τα αντιπρωτόνια διαχωρίστηκαν από άλλα σωματίδια που παρήχθησαν στις συγκρούσεις στον στόχο και εστιάστηκαν από έναν φακό λιθίου προτού τροφοδοτηθούν σε έναν δακτύλιο που ονομάζεται debuncher, όπου υπέστη στοχαστική ψύξη. Μεταφέρθηκαν πρώτα σε έναν δακτύλιο συσσωρευτή και μετά στον δακτύλιο Recycler, όπου αποθηκεύτηκαν μέχρι να υπάρχει επαρκής αριθμός για ένεση στον Κύριο εγχυτήρα. Αυτό παρείχε επιτάχυνση στα 150 GeV πριν από τη μεταφορά στο Tevatron.
Τα πρωτόνια και τα αντιπρωτόνια επιταχύνθηκαν ταυτόχρονα στο Tevatron σε περίπου 1 TeV, σε αντίστροφα δοκάρια. Έχοντας φτάσει τη μέγιστη ενέργειά τους, οι δύο δέσμες αποθηκεύτηκαν και στη συνέχεια αφέθηκαν να συγκρουστούν σε σημεία γύρω από τον δακτύλιο όπου οι ανιχνευτές ήταν τοποθετημένοι για να συλλάβουν σωματίδια που παράγονται στις συγκρούσεις.
Κατά την αποθήκευση στο Tevatron, οι δοκοί εξαπλώθηκαν σταδιακά έτσι ώστε οι συγκρούσεις να γίνουν λιγότερο συχνές. Οι δοκοί «απορρίφθηκαν» σε ένα στόχο γραφίτη σε αυτό το στάδιο, και κατασκευάστηκαν φρέσκα δοκάρια. Αυτή η διαδικασία σπατάλησε έως και το 80 τοις εκατό των αντιπρωτονίων, τα οποία ήταν δύσκολο να γίνουν, οπότε, όταν χτίστηκε ο Κύριος Εγχυτήρας, κατασκευάστηκε επίσης ένα μηχάνημα ανάκτησης και αποθήκευσης των παλαιών αντιπρωτονίων. Το Recycler, που βρίσκεται στην ίδια σήραγγα με το Main Injector, ήταν ένας δακτύλιος αποθήκευσης που κατασκευάστηκε από 344 μόνιμους μαγνήτες. Επειδή δεν υπήρχε ανάγκη μεταβολής της ενέργειας των αντιπρωτονίων σε αυτό το στάδιο, το μαγνητικό πεδίο δεν χρειάστηκε να αλλάξει. Η χρήση μόνιμων μαγνητών εξοικονομεί κόστος ενέργειας. Ο ανακυκλωτής «ψύχεται» τα παλιά αντιπρωτόνια από το Tevatron και τα επανένωσε με μια νέα δέσμη αντιπρωτονίων από τον συσσωρευτή. Οι πιο έντονες αντιπρωτονικές ακτίνες που παράγονται από το Recycler διπλασίασαν τον αριθμό των συγκρούσεων στο Tevatron.
Μέχρι το 2000, τα πρωτόνια στα 800 GeV εξήχθησαν από το Tevatron και κατευθύνθηκαν σε στόχους για να δώσουν μια ποικιλία δοκών σωματιδίων για διαφορετικά πειράματα. Ο κύριος εγχυτήρας έγινε τότε το κύριο μηχάνημα για την παροχή εκχυλισμένων δοκών, με χαμηλότερη ενέργεια 120 GeV, αλλά σε πολύ υψηλότερες εντάσεις από ό, τι το Tevatron.
