¿Qué es un colisionador de hadrones? _?
Cuando se utilizan partículas de alta energía para bombardear objetivos estacionarios (partículas), solo la energía en el centro del sistema de masa es la energía efectiva de interacción de las partículas, y solo representa una parte de la energía total. de las partículas en el sistema de laboratorio. Si la energía de una partícula disparada hacia un objetivo es E, entonces la energía del sistema de centro de masa que actúa sobre la misma partícula en el objetivo es aproximadamente (E es la energía en reposo de la partícula). Se puede ver que a medida que aumenta Eo, la proporción de la energía utilizada para la interacción será cada vez menor, es decir, la eficiencia de utilización de la energía de las partículas aceleradas será cada vez menor, pero si dos haces de partículas similares de alta energía con energía E Cuando ocurre una colisión cuando se mueve en direcciones opuestas, la energía del sistema de centro de masa es aproximadamente 2E, es decir, toda la energía de las partículas está disponible para la interacción. Se puede ver que para obtener la misma energía del sistema del centro de masa, la energía requerida del pedal del acelerador será mucho mayor que la energía del colisionador. Si la energía del colisionador es E, entonces la energía correspondiente del pedal del acelerador debería ser 2E2/E. Por ejemplo, un colisionador protón-protón con una energía de 2 × 300 GeV y un acelerador de protones con la misma energía de 180.000 GeV equivalen a construir un pedal de acelerador de alta energía. Todavía es imposible de realizar con el nivel técnico y las condiciones económicas actuales. Sin embargo, es completamente factible construir un colisionador con la energía mencionada anteriormente o con energía superior, que es una de las razones por las que el colisionador se ha desarrollado ampliamente en los últimos 20 años.
Además de la energía, el principal indicador del colisionador es el brillo. El llamado brillo de un colisionador es la velocidad de reacción de la interacción que ocurre en el colisionador dividida por la sección transversal de reacción de la interacción. Obviamente, cuanto mayor sea el brillo, mejor funcionará el colisionador. En 1986, el brillo del colisionador alcanzó unos 1029-1032 cm-2-s-1.
Historia
A principios de la década de 1950, los diseñadores del pedal del acelerador habían imaginado el uso de haces en colisión para obtener una mayor energía del sistema del centro de masa (COM), pero debido a la intensidad del haz es demasiado baja y la densidad del haz es mucho menor que la densidad de partículas objetivo. La colisión de los dos haces no es suficiente para obtener una energía del sistema de centro de masa más alta. Debido a que la densidad de partículas es tan baja, la velocidad de reacción de interacción causada por una colisión de doble haz será 106 veces menor que la velocidad de reacción que ocurre cuando el haz bombardea un objetivo estacionario, por lo que es difícil realizar mediciones mínimas y el concepto no recibir la atención que merece. En 1956, la gente empezó a comprender que la intensidad del haz necesaria se podía obtener basándose en la acumulación tecnológica, por lo que la investigación sobre el colisionador se puso realmente en la agenda.
El colisionador electrón-positrón tiene un bajo coste y una tecnología sencilla, por lo que es el primer objeto de investigación. Los dos primeros colisionadores se pusieron en funcionamiento en 1961, y pronto les siguieron varios colisionadores de electrones de baja energía. B. Richter descubrió la famosa partícula J/ψ en SPEAR, el colisionador electrón-positrón del Centro del Acelerador Lineal de Stanford en Estados Unidos (también fue descubierta por el profesor Ding Zhaozhong en el Laboratorio Nacional de Brookhaven en Estados Unidos), que sentó las bases Base para la física moderna de alta energía. Hizo una gran contribución al desarrollo del colisionador. Es precisamente por este logro que hizo una gran contribución al desarrollo de las generaciones posteriores y al desarrollo del colisionador. Fue este logro el que jugó un papel decisivo en la determinación de los recién llegados de construir un colisionador de electrones y positrones (PNEC) más grande.
Actualmente, los colisionadores de protones como el Anillo de Almacenamiento Cruzado del CERN ISR tienen una energía de 2×31 GeV y están en funcionamiento desde 1971.
Debido al éxito de la tecnología de enfriamiento de electrones y enfriamiento aleatorio (consulte "Desarrollo de principios y tecnología de aceleradores"), el rendimiento de los haces de antiprotones ha mejorado enormemente y la intensidad del haz de protones puede alcanzar suficiente para producir protones - Las colisiones de antiprotones ocurren en el mismo anillo. El CERN transformó el sincrotrón de protones (o SPS) de 400 GeV en un colisionador protón-antiprotón en 1981, y logró resultados experimentales extremadamente importantes en 1983 con el descubrimiento de las partículas W± y Z0.
Características del colisionador
Muy similar a un sincrotrón, el colisionador tiene forma de anillo, con un sistema magnético, un sistema de alta frecuencia, un sistema de vacío y un sistema de detección y Sistema de corrección a lo largo del anillo. Además, el colisionador también tiene dos o más segmentos de línea largos en el anillo dedicados a la colisión, y los instrumentos de detección se colocan en el espacio cercano al punto de colisión dentro de los segmentos de línea largos. Mientras se establezca un anillo, es relativamente sencillo permitir que dos haces de partículas con cargas opuestas y la misma masa en reposo colisionen. Si chocan partículas idénticas con la misma carga, se deben crear dos anillos. Los campos magnéticos aplicados de los dos anillos están en direcciones opuestas. Los dos anillos pueden construirse en el mismo plano, de modo que puedan chocar en varias intersecciones; también pueden construirse en dos planos diferentes, utilizando un campo electromagnético especial para hacer que las dos partículas choquen en un largo segmento recto. Además, el colisionador de alta energía también necesita utilizar un pedal de acelerador de alta energía (generalmente un pedal de acelerador sincrotrón o un pedal de acelerador lineal) como inyector para acelerar primero las partículas a una cierta energía y luego rociarlas en el colisionador. Las partículas primero se aceleran hasta cierta energía y luego se expulsan al colisionador para su acumulación, mayor aceleración y colisión. La acumulación, la aceleración y la colisión son las tres funciones principales del colisionador. La llamada acumulación consiste en intentar acumular haces de partículas pulsadas aceleradas por pedales de gas de alta energía en diferentes momentos en la cámara anular de vacío del colisionador (llamada anillo de almacenamiento). Normalmente, es necesario acumular decenas o miles de grupos para alcanzar la intensidad necesaria para una colisión. La acumulación de grupos de haces de sincrotrón de electrones se logra mediante radiación de sincrotrón. Aunque es difícil aumentar aún más la energía de la radiación de sincrotrón, hace que las dimensiones laterales y longitudinales del haz de electrones se reduzcan considerablemente durante el proceso de aceleración, es decir, la densidad es. Aumenta considerablemente. El uso de estas características puede acumular una fuerte corriente de haz de electrones. El protón no tiene esta característica, lo que requiere el uso de acumulación de impulso