Tevatron

Tevatron nebo Tevatron ( angl.  Tevatron ) je prstencový urychlovač- kolidér umístěný v Národní laboratoři urychlovačů. Enrico Fermi v Batavia, Illinois , poblíž Chicaga . Tevatron je synchrotron , který umožnil urychlit nabité částice - protony a antiprotony v podzemním prstenci dlouhém 6,3 km až na energii 980 GeV (~ 1 TeV ) , proto dostal stroj své jméno - Tevatron [1] . Stavba Tevatronu byla dokončena v roce 1983 , náklady na stavbu byly asi 120 milionů dolarů , od té doby prošel Tevatron několika modernizacemi. Největší byla stavba hlavního vstřikovače , která probíhala 5 let ( 1994 - 1999 ). Do roku 1994 měl každý paprsek urychlovače energii 900 GeV . Akcelerátor dokončil svou práci v roce 2011 po 28 letech provozu. Je to druhá největší energie srážky částic na světě po LHC .

Historie vzniku a provozu

1. prosince 1968 byla zahájena tvorba lineárního urychlovače (linac). Stavba hlavní urychlovací budovy a 6,4 km hlavního urychlovacího okruhu začala 3. října 1969 pod vedením Roberta Wilsona , zakladatele a prvního ředitele společnosti Fermilab . 200 MeV linac byl uveden do provozu 1. prosince 1970 a 8 GeV booster do 20. května 1971. 30. června 1971 prošel 7 GeV protonový paprsek všemi sekcemi urychlovače, včetně hlavního prstence. poprvé.

22. ledna 1972 byla srážková energie zvýšena na 20 GeV, následovalo zvýšení na 53 GeV (4. února) a na 100 GeV (11. února). 1. března 1972 byl poprvé získán svazek protonů s návrhovou energií 200 GeV, která byla do konce roku 1973 zvýšena na 300 GeV.

14. května 1976 byla energie protonového paprsku 500 GeV, což umožnilo zavést novou energetickou stupnici TeV (1 TeV = 1000 GeV), zatímco v Evropě tehdy fungující Proton Super Synchrotron poskytoval energii 400 GeV. .

15. srpna 1977 byly staré měděné hlavní prstencové magnety nahrazeny supravodivými.

Energie paprsku 800 GeV (o něco později - 900 GeV) bylo dosaženo 16. února 1984, což následně umožnilo do 30. listopadu 1986 realizovat srážky protonu a antiprotonu s energií 1,8 TeV.

V roce 1993, po 6 letech provozu, byl hlavní vstřikovač vyměněn za urychlovací kroužek, což stálo 290 milionů dolarů. Výsledkem bylo, že k 1. březnu 2001 dosáhla energie paprsku 980 GeV.

16. července 2004 dosáhl Tevatron v té době rekordní svítivosti , která se následně několikrát zvýšila a dosáhla hodnoty 4×10 32 cm −1 s −1 .

Do konce roku 2011 dosáhl Velký hadronový urychlovač svítivosti 3,65 × 10 33 cm −1 s −1 (9krát vyšší) při energii paprsku 3,5 TeV (3,6krát vyšší), a proto hlavní pozornost fyziků přešla na LHC. Poměrně zastaralý Tevatron nezískal dostatek financí na prodloužení prací [2] a 30. září 2011 v 15:30 severoamerického východního času ( 1. října v 01:30 MSK ) byl urychlovač po dokončení své práce zastaven. Pro ceremoniál zastavení urychlovače byla instalována dvě tlačítka – červené, které zastavuje přísun protonů a antiprotonů do urychlovače, a modré, které vypíná napájení Tevatronu. Mačkání tlačítek bylo svěřeno fyzičce Helen Edwards [ 3] [ 4] . 

Složení komplexu urychlovače Tevatron

Zrychlení částic v Tevatronu probíhá v několika fázích. V první fázi 750 - keV předurychlovač (elektrostatický urychlovač založený na Cockcroft-Waltonově generátoru ) urychluje záporně nabité vodíkové ionty. Poté ionty proletí 150metrovým lineárním urychlovačem (linac) a urychlí částice střídavým elektrickým polem na energii 400 MeV . Ionty pak projdou uhlíkovou fólií, úplně ztratí elektrony , ale zachovají si kinetickou energii; protony procházející fólií vstupují do boosteru.

Booster  je malý prstencový magnetický urychlovač. Protony proletí v tomto urychlovači asi 20 000 kruhů a získají energii asi 8 GeV . Z boosteru vstupují částice do hlavního injektoru , který plní několik úkolů. Urychluje protony na 150 GeV , produkuje protony 120 GeV k produkci antiprotonů a také urychluje antiprotony na 150 GeV. Jeho posledním úkolem je vstřikování protonů a antiprotonů do hlavního urychlovacího prstence Tevatronu. Antiprotony se vyrábějí v tzv. antiprotonovém zdroji , kde protony 120 GeV bombardují stacionární niklový terč. V důsledku toho se rodí obrovské množství částic různých typů, včetně antiprotonů, které se hromadí a ochlazují v zásobním prstenci. Antiprotony jsou pak injikovány do hlavního injektoru.

Tevatron urychluje protony a antiprotony na energii 980 GeV , což je 1000krát větší než jejich hmotnost, přičemž rychlost se velmi málo liší od rychlosti světla. Tevatron je stroj typu collider . To znamená, že protony a antiprotony létají v opačných směrech a srážejí se v několika bodech v urychlovacím prstenci, kde jsou umístěny detektory částic. Celkem jsou v tunelu Tevatron instalovány 2 detektory - CDF a D0 . K udržení částic v kanálu urychlovače se používají supravodivé dipólové magnety chlazené na teplotu kapalného helia . Magnety vytvářejí magnetické pole 4,2 Tesla .

Nejdůležitější objevy provedené při experimentech na urychlovači Tevatron

• Dne 2. března 1995 oznámila spolupráce CDF a D0 objev posledního kvarku Standardního modelu  , t-kvarku [5] , v roce 2007 dosáhla přesnost měření jeho hmotnosti 1 %.
• 18. listopadu 1996 oznámila spolupráce E866 produkci 7 atomů antivodíku , následně se počet získaných atomů zvýšil na několik stovek [6] . Účelem experimentu je studium spektra antivodíku a jeho porovnání se spektrem vodíku .
• 5. března 1998 byl oznámen objev mezonu skládajícího se z - a -kvarků [7] .
• 1. března 1999 byl oznámen objev dalšího typu porušení CP při studiu rozpadu neutrálních kaonů ( experiment KTeV ) [8] .
• 20. července 2000 oznámila tisková zpráva Fermilab, že experiment DONuT poprvé přímo detekoval tau neutrina , která interagovala s jádry atomů železa za vzniku tau leptonů . Dřívější experimenty k detekci tau neutrin byly nepřímé [9] .
• Dne 25. září 2006 představila spolupráce CDF první pozorování oscilací v systému mezonů B s [10] [11] .
• 23. října 2006 oznámila spolupráce CDF objev - a - baryonů [12] [11] .
• V roce 2007 spolupráce oznámila pozorování -baryonu [11] .
• V roce 2008 oznámila spolupráce CDF objev neobvyklé události. Zrod mionů probíhal ve značné vzdálenosti od místa srážky proton-antiprotonových svazků [13] , což může být důsledek zrodu nové částice, která se následně rozpadá na miony [14] . Spolupráce D0 to nepotvrdila [15] .
• V roce 2009 (podle jiných zdrojů [16] , 3. září 2008 ), spolupráce oznámila pozorování -baryonu [11] .
• Dne 9. března 2009 oznámila spolupráce CDF a D0 registraci jednotlivých produkčních událostí t-quark [17] .
• 17. března 2009 byla oznámena registrace nové elementární částice Y(4140) , jejíž rozpad na J/ψ-mezon a Phi-mezon není v rámci Standardního modelu popsán [18] [ 19] . Dne 15. listopadu 2012 oznámila spolupráce CMS pracující na LHC potvrzení pozorování této částice se statistickou významností větší než 5σ [20] [21] .
• V roce 2009 oznámila spolupráce CDF registraci anomálního píku při studiu energií produkovaných elektron- pozitronových párů v oblasti 240 GeV , což může naznačovat registraci nové elementární částice. V jiných zdrojích není potvrzení objevu [22] .
• V roce 2010 spolupráce CDF oznámila objev asymetrie mezi úhlovými distribucemi produkovaných top kvarků a anti-top kvarků, lišících se o 3,4σ od předpovědí Standardního modelu [23] . V roce 2011 spolupráce D0 po zpracování dat se statistikou 5,4 fb −1 potvrdila existenci objeveného efektu [24] . Naměřená asymetrie je 19,6±6,5 %, zatímco teoretické predikce jsou asi 5 %. Na proton-protonovém LHC (na rozdíl od proton-antiprotonového Tevatronu) taková asymetrie pozorována není [25] . V současné době neexistují žádné teoretické vysvětlení pozorovaného účinku.

• V dubnu 2011 oznámila spolupráce CDF přítomnost anomálního vrcholu v oblasti neměnné hmotnosti dvou hadronových jetů 140–150 GeV („Wjj-anomálie“), ke kterému dochází při zrodu W-bosonu a je nepředpokládá se v rámci standardního modelu. Výsledný vrchol může odpovídat nové částici (která není Higgsovým bosonem ), nové fundamentální interakci (částice může být jejím hypotetickým bosonem) nebo může být výsledkem systematické chyby v měření energií jetů. Získané výsledky je třeba překontrolovat [26] [27] , jednoznačná interpretace „objevu“ zatím neexistuje [28] . Údaje získané z větších statistik, zveřejněné v květnu 2011, potvrzují existenci anomálního píku se statistickou významností blízkou 5σ [29] . V červnu 2011 zveřejnila spolupráce D0 práci, ve které nebyla potvrzena přítomnost anomálního píku [30] . V srpnu 2012 zveřejnila spolupráce CMS pracující na LHC práci, která rovněž nepotvrzuje pozorování anomálního vrcholu [31] [32] .
• Dne 20. června 2011 oznámila spolupráce CDF pozorování (na hladině statistické významnosti 7σ) 25 událostí zrození nové elementární částice, -baryonu, předpovězené v rámci Standardního modelu a sestávající z s- , b- a u-kvarky [11] [33] .
• 2. července 2012 spolupráce CDF a D0 oznámila, že na základě analýzy 500 bilionů srážek provedených od roku 2001 je hmotnost Higgsova bosonu mezi 115 a 135 GeV [34] [35] . Statistická významnost sledovaných znaků byla 2,9σ. Závěrečná analýza dat z Tevatronu nám neumožnila učinit konečný závěr o objevu Higgsova bosonu [36] [37] . O dva dny později, 4. července 2012, data z detektorů LHC s vysokou pravděpodobností naznačovala existenci nové částice v energetickém rozsahu 125,3 ± 0,4 GeV ( CMS ) [38] a 126 ± 0,4 GeV ( ATLAS ) [39]. , což odpovídalo údajům získaným Tevatronem.
• V dubnu 2022 fyzici z mezinárodní spolupráce CDF ve své studii, provedené na základě zpracování dat z 10 let provozu urychlovače Tevatron, prokázali, že hmotnost W-bosonu je o 0,09 % vyšší, než předpokládali standardní model [40] [41] .

Vědecké dědictví

V září 2014 se začal objevovat hlavní přehled vědeckých výsledků urychlovače [42] .

Viz také

• LEP
• Velký hadronový urychlovač (LHC)
• Bevatron
• Zevatron

Poznámky

1. ↑ FERMILAB-TM-0763 Wilson, R. R. Fermilab, The Tevatron, 1978. . Datum přístupu: 29. ledna 2008. Archivováno z originálu 3. března 2016. (neurčitý)
2. ↑ Pavel Kotlyar. USA zastaví Tevatron . Infox.ru (11. ledna 2011). Datum přístupu: 13. ledna 2011. Archivováno z originálu 3. března 2012. (Ruština)
3. ↑ Druhý nejvýkonnější akcelerátor na světě, Tevatron, dokončil svou práci , Lenta.ru (1. října 2011). Archivováno z originálu 2. října 2011. Staženo 1. října 2011.
4. ↑ Elements - science news: Tevatron dokončil svou práci.
5. ↑ Tisková zpráva Top Quark (historická) Archivována 13. října 2011 na Wayback Machine  - Fermilab
6. ↑ Informační list Fermilab Antihydrogen Experiment Archived 21. října 2011 na Wayback Machine .
7. ↑ Zdroj . Získáno 3. října 2011. Archivováno z originálu 17. října 2011. (neurčitý)
8. ↑ Fyzici FERMILAB nacházejí novou asymetrii hmoty a antihmoty Archivováno 21. října 2011 na Wayback Machine .
9. ↑ Fyzici našli první přímý důkaz pro Tau Neutrino ve Fermilab Archivováno 20. října 2016 na Wayback Machine .
10. ↑ CDF B_s . Získáno 3. října 2011. Archivováno z originálu 7. listopadu 2015. (neurčitý)
11. ↑ 1 2 3 4 5 Experiment Fermilab objevil těžkého příbuzného neutronu Archivováno 28. září 2011 ve Wayback Machine  - Fermilab. 20. července 2011
12. ↑ Experimentátoři ve Fermilabu objevují exotické příbuzné protonů a neutronů Archivováno 18. září 2011 na Wayback Machine .
13. ↑ Spolupráce CDF (2008), Studium multi-mionových událostí produkovaných při srážkách p-pbar při sqrt(s)=1,96 TeV, arΧiv : 0810.5357 [hep-ex]. 
14. ↑ Detektor CDF detekoval jev, který nelze vysvětlit v rámci standardního modelu Archived 9. června 2009 na Wayback Machine  - Elements.ru
15. ↑ Mark RJ Williams jménem spolupráce D0. Hledání nadměrné produkce dimuonu v radiální oblasti 1,6 < r ≲10 cm v experimentu D0 // PoS EPS-HEP2009:248. — 2009.
16. ↑ DZero Omega-sub-b Archivováno 5. září 2008 na Wayback Machine (tisková zpráva)
17. ↑ Experimenty s urychlovačem Fermilab objevily vzácný single top kvark Archivováno 12. listopadu 2011 na Wayback Machine .
18. ↑ Strange Particle Created; May Rewrite How Matter's Made . Získáno 18. listopadu 2012. Archivováno z originálu 15. října 2012. (neurčitý)
19. ↑ Belle Collaboration. Důkaz pro novou rezonanci a hledání Y(4140) v procesu γγ→ϕJ/ψ // Phys. Rev. Lett.. - 2010. - Sv. 104. - S. 112004. - doi : 10.1103/PhysRevLett.104.112004 .
20. ↑ Nová struktura podobná částicím potvrzena na LHC Archivováno 21. listopadu 2012 na Wayback Machine  - magazín symetry
21. ↑ PhysicsResultsBPH11026 < CMSPublic < TWiki . Získáno 19. listopadu 2012. Archivováno z originálu dne 24. října 2017. (neurčitý)
22. ↑ Fyzika – Dešifrování hrbolu ve spektru Archivováno 2. dubna 2009 na Wayback Machine .
23. ↑ CDF Collaboration. Důkazy pro masově závislou asymetrii vpřed-vzad při produkci top kvarkových párů // Phys. Rev. D. - 2011. - Sv. 83. - S. 112003. - doi : 10.1103/PhysRevD.83.112003 .
24. ↑ Vyberte Authentication System . Získáno 26. července 2011. Archivováno z originálu dne 21. října 2011. (neurčitý)
25. ↑ Elements Science News: CMS Detector nepotvrzuje silnou asymetrii nalezenou na Tevatronu Archivováno 12. září 2011 na Wayback Machine .
26. ↑ Fermilab dnes. Datová špička, která vyvolává vzrušení. . Získáno 9. dubna 2011. Archivováno z originálu 10. dubna 2011. (neurčitý)
27. ↑ CDF Collaboration. Invariantní rozložení hmotnosti párů trysek produkovaných ve spojení s bosonem W v pp̅ srážkách při √ s =1,96 TeV // Phys. Rev. Lett.. - 2011. - Sv. 106. - S. 171801. - doi : 10.1103/PhysRevLett.106.171801 .
28. ↑ Elements - science news: Nedávný výsledek Tevatronu nevzbudil mezi fyziky velké nadšení Archivováno 10. května 2013 na Wayback Machine .
29. ↑ Elements - science news: Wjj anomálie detekovaná na Tevatronu zesílila. (nedostupný odkaz) . Získáno 31. května 2011. Archivováno z originálu dne 21. listopadu 2011. (neurčitý) 
30. ↑ Studium dijetového invariantního rozložení hmotnosti v ppbar-->W(-->lv)+jj konečných stavech při sqrt(s)=1,96 TeV . Získáno 11. června 2011. Archivováno z originálu 13. června 2011. (neurčitý)
31. ↑ Wjj anomálie byla zrušena Archivováno 28. srpna 2012 na Wayback Machine  - Elements.ru
32. ↑ Spolupráce CMS. Studium dijetového hmotnostního spektra v pp → W + jety Události při √ s = 7 TeV // Phys. Rev. Lett.. - 2012. - Sv. 109. - S. 251801. - doi : 10.1103/PhysRevLett.109.251801 .
33. ↑ Experiment Fermilab objevil těžkého příbuzného neutronu. . Získáno 3. října 2011. Archivováno z originálu 22. září 2011. (neurčitý)
34. ↑ Aktualizovaná kombinace vyhledávání CDF a DØ pro standardní model produkce Higgsových bosonů s až 10,0 fb-1 dat . Tevatron New Phenomena & Higgs Working Group (červen 2012). Získáno 2. srpna 2012. Archivováno z originálu 10. dubna 2016. (neurčitý)
35. ↑ Důkaz pro částici produkovanou ve spojení se slabými bosony a rozpadající se na spodní kvarkový pár antibottom při hledání Higgsových bosonů na Tevatronu . Tevatron New Phenomena & Higgs Working Group (červenec 2012). Získáno 2. srpna 2012. Archivováno z originálu dne 21. září 2015. (neurčitý)
36. ↑ Vědci Tevatron oznamují své konečné výsledky týkající se Higgsovy částice . Fermi National Accelerator Laboratory (2. července 2012). Získáno 7. července 2012. Archivováno z originálu dne 21. října 2016. (neurčitý)
37. ↑ Rebecca Boyle. Vzrušující známky Higgsova bosonu nalezené americkým urychlovačem Tevatron . Populární věda (2. července 2012). Získáno 7. července 2012. Archivováno z originálu 15. února 2016. (neurčitý)
38. ↑ Spolupráce CMS (31. července 2012), Pozorování nového bosonu o hmotnosti 125 GeV pomocí experimentu CMS na LHC, arΧiv : 1207,7235 . 
39. ↑ Spolupráce ATLAS (31. července 2012), Pozorování nové částice při hledání standardního modelu Higgsova bosonu pomocí detektoru ATLAS na LHC, arΧiv : 1207.7214 . 
40. ↑ Zdroj . Získáno 4. června 2022. Archivováno z originálu dne 13. dubna 2022. (neurčitý)
41. ↑ Měření hmotnosti W-bosonu neodpovídalo standardnímu modelu / Sudo Null IT News . Získáno 4. června 2022. Archivováno z originálu dne 28. dubna 2022. (neurčitý)
42. ↑ Objevil se přehled vědeckých výsledků Tevatronu. . Datum přístupu: 29. ledna 2016. Archivováno z originálu 2. dubna 2015. (neurčitý)

Odkazy

• Živý stav Tevatronu
• Chronologie nejdůležitějších událostí na Tevatronu
• Program urychlovače Sliwa K. Tevatron — fyzika, výsledky, budoucnost? // Acta physica polonica B. - 2011. - T. 42 . - S. 1625-1644 .
• Ať žije Tevatron
• Holmes, SD (2011), Remembering the Tevatron: The Machine(s), arΧiv : 1109.2937v1 .