Tevatron

Tevatron tai Tevatron ( eng.  Tevatron ) on rengaskiihdytin - collider , joka sijaitsee National Accelerator Laboratoryssa. Enrico Fermi Bataviassa, Illinoisissa , lähellä Chicagoa . Tevatron on synkrotroni , joka mahdollisti varautuneiden hiukkasten - protonien ja antiprotonien - kiihdyttämisen 6,3 km pituisessa maanalaisessa renkaassa 980 GeV (~ 1 TeV ) energiaan , mistä kone sai nimensä - Tevatron [1] . Tevatronin rakentaminen valmistui vuonna 1983 , rakennuskustannukset olivat noin 120 miljoonaa dollaria , siitä lähtien Tevatron on käynyt läpi useita päivityksiä. Suurin oli pääsuuttimen rakentaminen , jota toteutettiin 5 vuotta ( 1994-1999 ) . Vuoteen 1994 asti kiihdytin jokaisen säteen energia oli 900 GeV . Kiihdytin valmistui vuonna 2011 28 vuoden käytön jälkeen. Se on maailman toiseksi suurin hiukkasten törmäysenergia LHC :n jälkeen .

Luomisen ja toiminnan historia

1. joulukuuta 1968 aloitettiin lineaarikiihdytin (linac) luominen. Pääkiihdytysrakennuksen ja 6,4 km:n pääkiihdytysrenkaan rakentaminen aloitettiin 3. lokakuuta 1969 Fermilabin perustajan ja ensimmäisen johtajan Robert Wilsonin johdolla . 200 MeV linac otettiin käyttöön 1. joulukuuta 1970 ja 8 GeV tehostin 20. toukokuuta 1971 mennessä. 30. kesäkuuta 1971 7 GeV:n protonisäde kulki kiihdytin kaikkien osien, mukaan lukien päärenkaan, läpi. ensimmäinen kerta.

22. tammikuuta 1972 törmäysenergia nostettiin 20 GeV:iin, jota seurasi nousu 53 GeV:iin (4. helmikuuta) ja 100 GeV:iin (11. helmikuuta). Maaliskuun 1. päivänä 1972 saatiin ensimmäistä kertaa protoninsäde, jonka suunnitteluenergia oli 200 GeV, joka vuoden 1973 loppuun mennessä nostettiin 300 GeV:iin.

Toukokuun 14. päivänä 1976 protonisäteen energia oli 500 GeV, mikä mahdollisti uuden TeV-energia-asteikon (1 TeV = 1000 GeV) käyttöönoton, kun taas Euroopassa tuolloin toiminut Proton Super Synchrotron tuotti 400 GeV:n energiaa. .

15. elokuuta 1977 vanhat kupariset päärengasmagneetit korvattiin suprajohtavilla.

Säteen energia 800 GeV (hieman myöhemmin - 900 GeV) saavutettiin 16. helmikuuta 1984, mikä myöhemmin mahdollisti protoni-antiprotoni törmäykset energialla 1,8 TeV 30. marraskuuta 1986 mennessä.

Vuonna 1993, 6 vuoden käytön jälkeen, pääsuutin korvattiin kiihdytysrenkaalla, joka maksoi 290 miljoonaa dollaria. Tämän seurauksena 1. maaliskuuta 2001 mennessä säteen energia saavutti 980 GeV.

16. heinäkuuta 2004 Tevatron saavutti tuolloin ennätyksellisen kirkkauden , joka sen jälkeen kasvoi useita kertoja ja saavutti arvon 4×10 32 cm −1 s −1 .

Vuoden 2011 loppuun mennessä Large Hadron Collider saavutti valotehon 3,65 × 10 33 cm −1 s −1 (9 kertaa korkeampi) säteen energialla 3,5 TeV (3,6 kertaa korkeampi), ja siksi päähuomio fyysikot siirtyivät LHC. Suhteellisen vanhentunut Tevatron ei saanut tarpeeksi rahoitusta työn jatkamiseen [2] ja 30. syyskuuta 2011 klo 15.30 Pohjois-Amerikan itäistä aikaa ( 1. lokakuuta klo 01.30 MSK ) kiihdytin pysäytettiin, kun työ oli valmis. Kiihdyttimen pysäytysseremoniaa varten asennettiin kaksi painiketta - punainen, joka pysäyttää protonien ja antiprotonien syöttämisen kiihdytin, ja sininen, joka katkaisee Tevatronin virransyötön. Painikkeiden painaminen uskottiin fyysikko Helen Edwardsille [ 3 ] [ 4] . 

Tevatron-kiihdytinkompleksin koostumus

Hiukkaskiihtyvyys Tevatronissa tapahtuu useissa vaiheissa. Ensimmäisessä vaiheessa 750 keV :n esikiihdytin ( Cockcroft-Walton-generaattoriin perustuva sähköstaattinen kiihdytin ) kiihdyttää negatiivisesti varautuneita vetyioneja. Sitten ionit lentävät 150 metrin lineaarikiihdytin (linac) läpi kiihdyttäen hiukkaset vaihtelevalla sähkökentällä 400 MeV :n energiaan . Ionit kulkevat sitten hiilikalvon läpi, menettäen elektroneja kokonaan , mutta säilyttäen kineettisen energian; kalvon läpi kulkevat protonit tulevat tehostimeen.

Booster  on pieni rengasmagneettinen kiihdytin. Protonit lentävät noin 20 000 ympyrää tässä kiihdyttimessä ja saavat noin 8 GeV energiaa . Tehostimesta hiukkaset pääsevät pääsuuttimeen , joka suorittaa useita tehtäviä. Se kiihdyttää protonit 150 GeV :iin , tuottaa 120 GeV protoneja tuottaakseen antiprotoneja ja kiihdyttää myös antiprotoneja 150 GeV:iin. Sen viimeinen tehtävä on protonien ja antiprotonien ruiskuttaminen Tevatronin pääkiihdytysrenkaaseen. Antiprotoneja tuotetaan niin sanotussa antiprotonilähteessä , jossa 120 GeV :n protonit pommittavat paikallaan olevaa nikkelikohdetta . Tämän seurauksena syntyy valtava määrä erityyppisiä hiukkasia, mukaan lukien antiprotoneja, jotka kerääntyvät ja jäähtyvät säilytysrenkaaseen. Antiprotonit ruiskutetaan sitten pääinjektoriin.

Tevatron kiihdyttää protonit ja antiprotonit 980 GeV :n energiaan , joka on 1000 kertaa suurempi kuin niiden massa, kun taas nopeus eroaa hyvin vähän valon nopeudesta. Tevatron on törmäyskonetyyppinen kone. Tämä tarkoittaa, että protonit ja antiprotonit lentävät vastakkaisiin suuntiin ja törmäävät useissa kohdissa kiihdytysrenkaassa, jossa hiukkasilmaisimet sijaitsevat. Tevatronin tunneliin on asennettu yhteensä 2 ilmaisinta - CDF ja D0 . Hiukkasten pitämiseksi kiihdytinkanavassa käytetään suprajohtavia dipolimagneetteja , jotka on jäähdytetty nestemäisen heliumin lämpötilaan . Magneetit luovat 4,2 Teslan magneettikentän .

Tärkeimmät löydöt, jotka tehtiin Tevatron-kiihdytinkokeissa

• 2. maaliskuuta 1995 CDF :n ja D0 :n yhteistyö ilmoitti Standardimallin viimeisen kvarkin  , t-kvarkin [5] löytämisestä , vuonna 2007 sen massan mittaustarkkuus saavutti 1 %.
• 18. marraskuuta 1996 E866- yhteistyö ilmoitti 7 antivetyatomin tuottamisesta , minkä jälkeen saatujen atomien määrä nousi useisiin satoihin [6] . Kokeen tarkoituksena on tutkia antivedyn spektriä ja verrata sitä vedyn spektriin .
• 5. maaliskuuta 1998 ilmoitettiin - ja -kvarkeista [7] koostuvan mesonin löytämisestä .
• 1. maaliskuuta 1999 ilmoitettiin toisen tyyppisen CP-rikkomuksen löytämisestä neutraalien kaonien hajoamisen tutkimuksessa ( KTeV-kokeilu ) [8] .
• 20. heinäkuuta 2000 Fermilabin lehdistötiedote ilmoitti, että DONuT- kokeessa havaittiin ensimmäistä kertaa suoraan tau-neutriinoja , jotka olivat vuorovaikutuksessa rautaatomien ytimien kanssa muodostaen tau leptoneja . Aiemmat kokeet tau-neutriinojen havaitsemiseksi olivat epäsuoria [9] .
• 25. syyskuuta 2006 CDF-yhteistyö esitteli ensimmäisen havainnon värähtelyistä B :n mesonijärjestelmässä [10] [11] .
• 23. lokakuuta 2006 CDF-yhteistyö ilmoitti - ja -baryonien löytämisestä [12] [11] .
• Vuonna 2007 yhteistyö raportoi -baryonin havainnosta [11] .
• Vuonna 2008 CDF-yhteistyö ilmoitti löytäneensä poikkeavan tapahtuman. Muonien synty tapahtui huomattavan etäisyyden päässä protoni-antiprotonisäteiden törmäyspisteestä [13] , mikä voi olla seurausta uuden hiukkasen syntymisestä, joka myöhemmin hajoaa myoneiksi [14] . D0-yhteistyö ei vahvistanut tätä [15] .
• Vuonna 2009 (muiden lähteiden [16] mukaan 3. syyskuuta 2008 ) yhteistyö raportoi -baryonin havainnosta [11] .
• 9. maaliskuuta 2009 CDF:n ja D0:n yhteistyö raportoi yksittäisten t-kvarkin tuotantotapahtumien rekisteröinnistä [17] .
• 17. maaliskuuta 2009 ilmoitettiin uuden alkuainehiukkasen Y(4140) rekisteröinnistä , jonka hajoamista J/ψ-mesoniksi ja Phi-mesoniksi ei kuvata Standardimallin puitteissa [18] [ 19] . 15. marraskuuta 2012 LHC :ssä työskentelevä CMS - yhteistyö ilmoitti vahvistavansa tämän hiukkasen havainnon, jonka tilastollinen merkitsevyys on yli 5σ [20] [21] .
• Vuonna 2009 CDF-yhteistyö ilmoitti, että tuotettujen elektroni- positroniparien energioita tutkittaessa rekisteröitiin 240 GeV :n alueella poikkeava huippu , joka saattaa viitata uuden alkuainehiukkasen rekisteröintiin. Löydöstä ei ole vahvistusta muista lähteistä [22] .
• Vuonna 2010 CDF-yhteistyö ilmoitti, että tuotettujen huippukvarkkien ja anti-top-kvarkkien kulmajakaumien välillä havaittiin epäsymmetria, joka eroaa 3,4σ standardimallin ennusteista [23] . Vuonna 2011 D0-yhteistyö 5,4 fb −1 tilastotietojen käsittelyn jälkeen vahvisti löydetyn vaikutuksen olemassaolon [24] . Mitattu epäsymmetria on 19,6±6,5 %, kun teoreettiset ennusteet ovat noin 5 %. Protoni-protoni LHC :ssä (toisin kuin protoni-antiprotoni Tevatronissa) tällaista epäsymmetriaa ei havaita [25] . Tällä hetkellä ei ole olemassa teoreettisia selityksiä havaitulle vaikutukselle.

• Huhtikuussa 2011 CDF-yhteistyö ilmoitti, että kahden 140–150 GeV :n hadronisuihkun invariantin massan alueella ("Wjj-anomaalia") on poikkeava huippu, joka esiintyy W-bosonin syntymän aikana ja on ei ole ennustettu standardimallin puitteissa. Tuloksena oleva huippu voi vastata uutta hiukkasta (joka ei ole Higgsin bosoni ), uutta perusvuorovaikutusta (hiukkanen voi olla sen hypoteettinen bosoni) tai olla seurausta systemaattisesta virheestä mittaussuihkujen energioissa. Saadut tulokset on tarkistettava uudelleen [26] [27] , "löydöstä" ei ole vielä yksiselitteistä tulkintaa [28] . Toukokuussa 2011 julkaistut laajemmista tilastoista saadut tiedot vahvistavat poikkeavan huipun olemassaolon, jonka tilastollinen merkitsevyys on lähellä 5σ [29] . Kesäkuussa 2011 D0-yhteistyö julkaisi artikkelin, jossa poikkeavan huipun esiintymistä ei vahvistettu [30] . Elokuussa 2012 LHC :ssä työskentelevä CMS -yhteistyö julkaisi paperin, joka ei myöskään vahvista poikkeavan huipun havaintoa [31] [32] .
• CDF-yhteistyö raportoi 20. kesäkuuta 2011 havainnon (tilastollisella merkitsevyystasolla 7σ) 25:stä uuden alkuainehiukkasen, -baryonin, syntymästä, jotka ennustettiin Standardimallin puitteissa ja koostuivat s- , b- ja u-kvarkit [11] [33] .
• 2. heinäkuuta 2012 CDF:n ja D0:n yhteistyö ilmoitti, että vuodesta 2001 lähtien tehtyjen 500 biljoonan törmäyksen analyysin perusteella Higgsin bosonin massa on 115-135 GeV [34] [35] . Havaittujen piirteiden tilastollinen merkitsevyys oli 2,9σ. Tevatron-tietojen lopullinen analyysi ei antanut meille mahdollisuutta tehdä lopullisia johtopäätöksiä Higgsin bosonin löytämisestä [36] [37] . Kaksi päivää myöhemmin, 4. heinäkuuta 2012, LHC-ilmaisimien tiedot osoittivat suurella todennäköisyydellä uuden hiukkasen olemassaolon energia-alueella 125,3 ± 0,4 GeV ( CMS ) [38] ja 126 ± 0,4 GeV ( ATLAS ) [39] . , joka vastasi Tevatronin saamia tietoja.
• Huhtikuussa 2022 kansainvälisen yhteistyön CDF fyysikot osoittivat tutkimuksessaan, joka perustui Tevatron-törmäimen 10 vuoden toiminnan aikana saatujen tietojen käsittelyyn, että W-bosonin massa on 0,09 % suurempi kuin mitä Tevatronin ennusti. vakiomalli [ 40] [41] .

Tieteellinen perintö

Syyskuussa 2014 alkoi ilmestyä pääkatsaus törmätimen tieteellisistä tuloksista [42] .

Katso myös

• LEP
• Large Hadron Collider (LHC)
• Bevatron
• Zevatron

Muistiinpanot

1. ↑ FERMILAB-TM-0763 Wilson, R. R. Fermilab, The Tevatron, 1978. . Käyttöpäivä: 29. tammikuuta 2008. Arkistoitu alkuperäisestä 3. maaliskuuta 2016. (määrätön)
2. ↑ Pavel Kotlyar. Yhdysvallat pysäyttää Tevatronin . Infox.ru (11. tammikuuta 2011). Käyttöpäivä: 13. tammikuuta 2011. Arkistoitu alkuperäisestä 3. maaliskuuta 2012. (Venäjän kieli)
3. ↑ Maailman toiseksi tehokkain kiihdytin, Tevatron, sai työnsä valmiiksi , Lenta.ru (1. lokakuuta 2011). Arkistoitu alkuperäisestä 2. lokakuuta 2011. Haettu 1. lokakuuta 2011.
4. ↑ Elementit – tiedeuutiset: Tevatron sai työnsä päätökseen.
5. ↑ Top Quark -lehdistötiedote (historiallinen) Arkistoitu 13. lokakuuta 2011 Wayback Machinessa  - Fermilab
6. ↑ Fermilab Antihydrogen Experiment Fact Sheet arkistoitu 21. lokakuuta 2011 Wayback Machinessa .
7. ↑ Lähde . Haettu 3. lokakuuta 2011. Arkistoitu alkuperäisestä 17. lokakuuta 2011. (määrätön)
8. ↑ FERMILAB-fyysikot löytävät uuden aineen ja antiaineen epäsymmetrian . Arkistoitu 21. lokakuuta 2011 Wayback Machinessa .
9. ↑ Fyysikot löytävät ensimmäiset suorat todisteet Tau Neutrinosta Fermilabissa Arkistoitu 20. lokakuuta 2016 Wayback Machinessa .
10. ↑ CDF B_s . Haettu 3. lokakuuta 2011. Arkistoitu alkuperäisestä 7. marraskuuta 2015. (määrätön)
11. ↑ 1 2 3 4 5 Fermilab-koe löytää neutronin raskaan sukulaisen Arkistoitu 28. syyskuuta 2011 Wayback Machine  - Fermilabissa. 20. heinäkuuta 2011
12. ↑ Fermilabin kokeilijat löytävät protonien ja neutronien eksoottisia sukulaisia ​​Arkistoitu 18. syyskuuta 2011 Wayback Machinessa .
13. ↑ CDF-yhteistyö (2008), Tutkimus p-pbar-törmäyksissä syntyneistä monimuonitapahtumista sqrt(s) = 1,96 TeV, arΧiv : 0810,5357 [hep-ex]. 
14. ↑ CDF-ilmaisin havaitsi ilmiön, jota ei voida selittää vakiomallin puitteissa, arkistoitu 9. kesäkuuta 2009 Wayback Machinessa  - Elements.ru
15. ↑ Mark RJ Williams D0-yhteistyön puolesta. Etsi ylimääräistä dimuonituotantoa säteittäisalueella 1,6 < r ≲10 cm D0-kokeessa // PoS EPS-HEP2009:248. – 2009.
16. ↑ DZero Omega-sub-b Arkistoitu 5. syyskuuta 2008 Wayback Machinessa (lehdistötiedote)
17. ↑ Fermilabin törmäyskonekokeet löytävät harvinaisen yhden huippukvarkin Arkistoitu 12. marraskuuta 2011 Wayback Machinessa .
18. ↑ Outo hiukkanen luotu; Toukokuu kirjoittaa uudelleen, kuinka aine on tehty . Haettu 18. marraskuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 15. lokakuuta 2012. (määrätön)
19. ↑ Belle-yhteistyö. Todisteita uudesta resonanssista ja Y(4140):n etsiminen γγ→ϕJ/ψ-prosessissa // Phys. Rev. Lett.. - 2010. - Vol. 104. - S. 112004. - doi : 10.1103/PhysRevLett.104.112004 .
20. ↑ Uusi hiukkasmainen rakenne vahvistettu LHC:ssä Arkistoitu 21. marraskuuta 2012 Wayback Machinessa  - symmetria-lehdessä
21. ↑ PhysicsResultsBPH11026 < CMSPublic < TWiki . Haettu 19. marraskuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 24. lokakuuta 2017. (määrätön)
22. ↑ Fysiikka - spektrin kuhmujen selvittäminen Arkistoitu 2. huhtikuuta 2009 Wayback Machinessa .
23. ↑ CDF-yhteistyö. Todisteita massasta riippuvasta eteenpäin-taaksepäin epäsymmetriasta huippukvarkkiparin tuotannossa // Phys. Rev. D. - 2011. - Vol. 83. - S. 112003. - doi : 10.1103/PhysRevD.83.112003 .
24. ↑ Valitse Authentication System . Haettu 26. heinäkuuta 2011. Arkistoitu alkuperäisestä 21. lokakuuta 2011. (määrätön)
25. ↑ Elements Science News: CMS Detector ei vahvista vahvaa epäsymmetriaa löydetty Tevatronissa Arkistoitu 12. syyskuuta 2011 Wayback Machinessa .
26. ↑ Fermilab tänään. Datahuippu, joka aiheuttaa jännitystä. . Haettu 9. huhtikuuta 2011. Arkistoitu alkuperäisestä 10. huhtikuuta 2011. (määrätön)
27. ↑ CDF-yhteistyö. W -bosonin yhteydessä tuotettujen suihkuparien muuttumaton massajakauma pp̅ törmäyksissä √ s = 1,96 TeV // Phys. Rev. Lett.. - 2011. - Vol. 106. - P. 171801. - doi : 10.1103/PhysRevLett.106.171801 .
28. ↑ Elements - tiedeuutiset: Tuore Tevatron-tulos ei herättänyt suurta innostusta fyysikkojen keskuudessa . Arkistoitu 10. toukokuuta 2013 Wayback Machinessa .
29. ↑ Elementit – tiedeuutisia: Tevatronissa havaittu Wjj-poikkeama on voimistunut. (linkki ei saatavilla) . Haettu 31. toukokuuta 2011. Arkistoitu alkuperäisestä 21. marraskuuta 2011. (määrätön) 
30. ↑ Tutkimus invariantin dijet-massajakaumasta yksiköissä ppbar-->W(-->lv)+jj lopputiloissa sqrt(s)=1.96 TeV . Haettu 11. kesäkuuta 2011. Arkistoitu alkuperäisestä 13. kesäkuuta 2011. (määrätön)
31. ↑ Wjj-poikkeama on peruutettu . Arkistoitu 28. elokuuta 2012 Wayback Machinessa  - Elements.ru
32. ↑ CMS-yhteistyö. Dijet-massaspektrin tutkimus pp → W + suihkut Tapahtumat √ s = 7 TeV // Phys. Rev. Lett.. - 2012. - Vol. 109. - P. 251801. - doi : 10.1103/PhysRevLett.109.251801 .
33. ↑ Fermilab-koe löytää neutronin raskaan sukulaisen. . Haettu 3. lokakuuta 2011. Arkistoitu alkuperäisestä 22. syyskuuta 2011. (määrätön)
34. ↑ Päivitetty CDF- ja DØ-hakujen yhdistelmä vakiomallin Higgs Bosonin tuotantoa varten jopa 10,0 fb-1 datalla . Tevatron New Phenomena & Higgs -työryhmä (kesäkuu 2012). Haettu 2. elokuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 10. huhtikuuta 2016. (määrätön)
35. ↑ Todisteet hiukkasesta, joka muodostuu heikkojen bosonien yhteydessä ja hajoaa pohja-antipohja-kvarkkipariksi Higgsin bosonihaussa Tevatronissa . Tevatron New Phenomena & Higgs -työryhmä (heinäkuu 2012). Haettu 2. elokuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 21. syyskuuta 2015. (määrätön)
36. ↑ Tevatronin tiedemiehet julkistavat lopulliset tulokset Higgs-hiukkasesta . Fermi National Accelerator Laboratory (2. heinäkuuta 2012). Haettu 7. heinäkuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 21. lokakuuta 2016. (määrätön)
37. ↑ Rebecca Boyle. US Tevatron Collider löysi Higgsin bosonin ärsyttäviä merkkejä . Popular Science (2. heinäkuuta 2012). Haettu 7. heinäkuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 15. helmikuuta 2016. (määrätön)
38. ↑ CMS-yhteistyö (31. heinäkuuta 2012), Uuden bosonin havainnointi massalla 125 GeV CMS-kokeella LHC:ssä, arΧiv : 1207.7235 . 
39. ↑ ATLAS-yhteistyö (31. heinäkuuta 2012), Uuden hiukkasen havainnointi standardimallin Higgs Bosonin etsinnässä LHC:n ATLAS-ilmaisimen kanssa, arΧiv : 1207.7214 . 
40. ↑ Lähde . Haettu 4. kesäkuuta 2022. Arkistoitu alkuperäisestä 13. huhtikuuta 2022. (määrätön)
41. ↑ W-bosonin massamittaukset eivät vastanneet standardimallia / Sudo Null IT News . Haettu 4. kesäkuuta 2022. Arkistoitu alkuperäisestä 28. huhtikuuta 2022. (määrätön)
42. ↑ Yleiskatsaus Tevatronin tieteellisistä tuloksista ilmestyi. . Käyttöpäivä: 29. tammikuuta 2016. Arkistoitu alkuperäisestä 2. huhtikuuta 2015. (määrätön)

Linkit

• Live Tevatronin tila
• Tevatronin tärkeimpien tapahtumien kronologia
• Sliwa K. Tevatron -törmäyskoneohjelma — fysiikka, tulokset, tulevaisuus? // Acta physica polonica B. - 2011. - T. 42 . - S. 1625-1644 .
• Eläköön Tevatron
• Holmes, SD (2011), Remembering the Tevatron: The Machine(s), arΧiv : 1109.2937v1 .