Tevatron particle accelerator

Ang Tevatron, partikelong accelerator na matatagpuan sa Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) sa Batavia, Illinois. Si Fermilab ay at ang Tevatron ay pinatatakbo para sa Kagawaran ng Enerhiya ng Estados Unidos ng Unibersidad ng Pananaliksik ng Unibersidad, isang consortium ng 85 mga unibersidad sa pananaliksik sa Estados Unidos at apat na unibersidad na kumakatawan sa Canada, Italy, at Japan. Ang Tevatron ay ang pinakamataas na lakas ng asulasyon ng partikulo ng pinakamataas na enerhiya hanggang sa 2009, nang ito ay inilalaan ng Malaking Hadron Collider ng European Organization for Nuclear Research (CERN). Ang Tevatron ay nagsara noong Setyembre 30, 2011.

Ang Tevatron ay itinayo noong 1980s sa ilalim ng unang accelerator ng maliit na butil ng Fermilab, isang proton synchrotron sa isang pabilog na lagusan na may isang circumference na 6.3 km (3.9 milya). Ang Tevatron ay isang superconducting synchrotron na sinamantala ang mas mataas na lakas na magnetic-field na ginawa ng 1,000 mga superconducting magnet upang mapabilis ang mga proton sa makabuluhang mas mataas na antas ng enerhiya. Ang buong singsing ay pinananatiling nasa 4.5 kelvins (−268.7 ° C, o −451.6 ° F) ng likidong helium. Ang orihinal na synchrotron ay naging bahagi ng preaccelerator injection system para sa Tevatron, na nagpapabilis ng mga particle sa 150 GeV (1 GeV = 1 giga electron volt = 1 bilyon elektron volts) at pagkatapos ay ilipat ang mga ito sa bagong singsing na superconducting para sa pagpabilis sa 900 GeV. Noong 1987 nagsimula ang Tevatron bilang operasyon bilang isang proton-antiproton collider — na may 900-GeV proton na tumatama sa 900-GeV antiproton upang magbigay ng kabuuang pagbagsak ng lakas ng 1.8 teraelectron volts (TeV; 1.8 trillion electron volts). Ang orihinal na pangunahing singsing ay pinalitan ng isang bagong preaccelerator, ang Main Injector, na mayroong 3.3-km (2.1-mil) na singsing. Ang Main Injector ay naghatid ng mas matinding beam sa Tevatron at sa gayon ay nadagdagan ang bilang ng mga pagbangga ng butil sa pamamagitan ng isang kadahilanan ng 10.

Ang pangunahing natuklasan ng Tevatron ay ang nangungunang quark, ang pang-anim at pinakapang-maraming quark, noong 1995. Iniwan ng mga siyentipiko ang pagkakaroon ng nangungunang quark, na ginawa bilang isang resulta ng 1.8-TeV proton-antiproton banggaan, sa batayan ng pagkabulok nito katangian. Noong 2010 ang mga siyentipiko ay gumagamit ng Tevatron upang makita ang isang bahagyang kagustuhan para sa mga B-mesons (mga partikulo na naglalaman ng isang ilalim ng quark) upang mabulok sa mga muon sa halip na mga antimuon. Ang paglabag sa simetrya sa singil ay maaaring humantong sa isang paliwanag kung bakit mayroong higit na bagay kaysa sa antimatter sa uniberso.

Sa Fermilab ang proton beam, sa simula ng negatibong mga ion ng hydrogen (bawat isa sa isang solong proton na may dalawang elektron), nagmula sa isang 750-kV Cockcroft-Walton generator at pinabilis sa 400 MeV sa isang linear accelerator. Ang isang carbon foil ay pagkatapos ay hinubaran ang mga electron mula sa mga ions, at ang mga proton ay na-injected sa Booster, isang maliit na synchrotron 150 metro (500 talampakan) ang diameter, na pinabilis ang mga particle sa 8 GeV. Mula sa Booster ang mga proton ay inilipat sa Main Injector, kung saan lalo silang pinabilis sa 150 GeV bago napakain sa huling yugto ng pagpabilis sa Tevatron.

Ang mga antiproton ay ginawa sa pamamagitan ng pagdidirekta ng mga proton na pinabilis sa 120 GeV mula sa Main Injector sa Fermilab papunta sa isang target na nikel. Ang mga antiproton ay pinaghiwalay mula sa iba pang mga particle na nagawa sa banggaan at nakatuon ng isang lithium lens bago pinapakain sa isang singsing na tinatawag na debuncher, kung saan sumailalim sila sa sobrang paglamig. Una na silang naipasa sa isang singsing ng nagtitipon at pagkatapos ay sa singsing ng Recycler, kung saan nakaimbak sila hanggang sa may sapat na bilang para sa iniksyon sa Main Injector. Nagbigay ito ng pagpabilis sa 150 GeV bago ilipat sa Tevatron.

Ang mga proton at antiproton ay pinabilis nang sabay-sabay sa Tevatron hanggang sa tungkol sa 1 TeV, sa mga counterrotating beam. Nakarating ang kanilang maximum na enerhiya, ang dalawang mga beam ay naka-imbak at pagkatapos ay pinapayagan na banggaan sa mga puntos sa paligid ng singsing kung saan nakatayo ang mga detektor upang makuha ang mga particle na ginawa sa mga banggaan.

Sa panahon ng pag-iimbak sa Tevatron, ang mga beam ay unti-unting kumalat upang ang mga pagbangga ay naging mas madalas. Ang mga beam ay "tinapon" sa isang target na grapayt sa yugtong ito, at ang mga sariwang beam ay ginawa. Ang prosesong ito ay nasayang hanggang sa 80 porsyento ng mga antiproton, na mahirap gawin, kaya, nang itayo ang Main Injector, isang makina upang makuha at maiimbak ang mga lumang antiproton ay itinayo rin. Ang Recycler, na matatagpuan sa parehong tunel bilang Main Injector, ay isang singsing ng imbakan na binuo mula sa 344 permanenteng magnet. Dahil hindi na kailangang mag-iba ang enerhiya ng mga antiproton sa yugtong ito, ang magnetikong larangan ay hindi kailangang magbago. Ang paggamit ng permanenteng magneto na-save na mga gastos sa enerhiya. Ang "Recycler" cooled "ang lumang antiproton mula sa Tevatron at reintegrated din ang mga ito gamit ang isang bagong antiproton beam mula sa nagtitipon. Ang mas matindi na mga antiproton beam na ginawa ng Recycler ay nagdoble sa bilang ng mga banggaan sa Tevatron.

Hanggang sa 2000, ang mga proton sa 800 GeV ay nakuha mula sa Tevatron at nakadirekta sa mga target upang magbunga ng iba't ibang mga beam ng tinga para sa iba't ibang mga eksperimento. Ang Pangunahing Injector ay naging pangunahing makina para sa pagbibigay ng mga nakuha na mga beam, sa mas mababang enerhiya ng 120 GeV ngunit sa mas mataas na intensities kaysa sa ibinigay ng Tevatron.