Elenco degli acceleratori in fisica delle particelle

Questo articolo riguarda l' elenco degli acceleratori di particelle utilizzati per gli esperimenti di fisica delle particelle . I primissimi acceleratori furono usati principalmente nella fisica nucleare .

Nella storia della fisica delle particelle, i raggi cosmici sono stati i primi fornitori di particelle ad altissima energia ( astroparticelle ). La radioattività non produce tali proiettili. I raggi cosmici hanno lo svantaggio di essere rari e di avere energie imprevedibili (fino a 10 8 TeV o 100 milioni di volte l'energia delle particelle di Tevatron ). Per esplorare il nucleo, come per produrre particelle, gli sperimentatori volevano disporre di fasci di particelle note, animati da un'energia nota, e quindi controllare le condizioni dell'esperimento. Per questo la tecnica degli acceleratori ha subito successivi perfezionamenti nel secondo dopoguerra, grazie ai quali questi strumenti hanno praticamente soppiantato i raggi cosmici come sorgenti di proiettili ad alta energia.

Gli acceleratori di particelle sono stati costruiti tenendo conto delle seguenti 3 semplici idee:

Accelerano solo particelle che trasportano una carica elettrica, sensibili ai campi elettrici e magnetici che la tecnologia può produrre e utilizzare.
Le particelle accelerate devono rimanere stabili (non decadere) durante l'accelerazione. L'elettrone e il protone, il positrone e l'antiprotone soddisfano queste condizioni. Gli ioni pesanti sono carichi e stabili ma poco adatti allo studio delle particelle.
Le particelle devono circolare in un vuoto sufficiente per non entrare in collisione con una molecola che ne interromperebbe la traiettoria.

Nota : in questo elenco, lo stesso acceleratore può comparire due (o più) nella stessa tabella, ad esempio prima e dopo una modifica o un miglioramento, e / o in due (o più) tabelle, a seconda che sia stato trasformato da un tipo all'altro o se può funzionare in due modalità. Pertanto, il Tevatron appare tre volte: una nella tabella "acceleratori a bersaglio fisso" e due volte nella tabella "Hadron collider". Un altro esempio, il Large Hadron Collider può produrre collisioni tra protoni come collisioni tra ioni, da qui la sua presenza nelle due tabelle corrispondenti.

Acceleratori primitivi

Tutti usavano semplici raggi diretti a bersagli fissi. Sono stati usati per esperimenti brevi, poco costosi e non qualificati (non avevano un nome).

Ciclotroni

Con i ciclotroni più grandi commissionati prima della guerra, l'energia stava raggiungendo il picco. Il ciclotrone non può accelerare particelle leggere come gli elettroni, perché queste particelle si comportano rapidamente in modo relativistico.

Acceleratore	Posizione	Anni di attività	Modulo	Particella accelerata	Kinetic energia	Note e scoperte
Ciclotrone da 23 cm	UC Berkeley - USA	1931	Circolare	H 2 +	1.0 MeV	Evidenziazione del concetto
Ciclotrone da 28 cm	UC Berkeley - USA	1932	Circolare	Protone	1.2 MeV
Ciclotrone da 68 cm	UC Berkeley - USA	1932-1936	Circolare	Deuterio	4.8 MeV	Interazioni deuterio / nucleo
Ciclotrone da 94 cm	UC Berkeley - USA	1937-1938	Circolare	Deuterio	8 MeV	Scoperta di molti isotopi
Ciclotrone da 152 cm	UC Berkeley - USA	1939-1941	Circolare	Deuterio	16 MeV	Scoperta di molti isotopi
Ciclotrone da 4,67 m	Berkeley Rad Lab [1] - USA	1942-	Circolare	Varie	> 100 MeV	Ricerca sulla separazione degli isotopi dell'uranio
Calutrons	Oak Ridge, Tennessee - USA	1943-	"A ferro di cavallo"	Nuclei di uranio		Utilizzato per separare gli isotopi dal progetto Manhattan

[1] Primo acceleratore costruito sull'attuale sito del Lawrence Berkeley National Laboratory, in seguito noto come Berkeley Radiation Laboratory ("Rad Lab" in breve)

Acceleratori elettrostatici

Un'alta tensione statica viene applicata tra 2 elettrodi producendo così un campo elettrico statico . Vedi acceleratori elettrostatici

Acceleratore	Posizione	Anni di attività	Modulo	Particella accelerata	Kinetic energia	Note e scoperte
Acceleratore elettrostatico Cockcroft e Walton	Laboratorio Cavendish	1932	Generatore di Cockcroft-Walton	Protone	0,7 MeV	Il primo a rompere il nucleo ( Litio )

Sincrociclotroni

In un sincrociclotrone, è la dimensione dell'elettromagnete che determina l'energia finale. La frequenza di risonanza del sistema HF deve poter variare facilmente grazie ad un condensatore variabile interposto tra il conduttore duant ( dee ) e la parete. Una tensione CC sovrapposta alla tensione HF viene applicata all'elettrodo di accelerazione per facilitare l'estrazione della sorgente ionica.

Acceleratore	Posizione	Anni di attività	Modulo	Particella accelerata	Kinetic energia	Note e scoperte
Sincrociclotrone	Berkeley - USA	1948-	circolare	protone	350 Mev	Studio dei mesoni π
Sincrociclotrone	CERN (Ginevra)	1958-1990	Circolare d = 227 cm Variazione di frequenza da 30 a 16 MHz	Protone	680 MeV	Momento magnetico anomalo del muone
Sincrociclotrone	Dubna , Russia	Dicembre 1949-	Polo E. magnete d = 6 m	Protone	700 MeV	7.000 tonnellate (Torre Eiffel = 7.150 t)
Sincrociclotrone	San Pietroburgo , Russia		Polo E. magnete d = 7 m	Protone	1 GeV	7.000 tonnellate

Sincrotroni

Meno metallo, meno energia elettrica: i sincrotroni hanno consentito un balzo in avanti nell'energia. L'energia del Berkeley Bevatron, 6,2 GeV, non è stata scelta arbitrariamente: è l'energia minima richiesta per produrre antiprotoni.

Acceleratore	Posizione	Anni di attività	Forma e dimensione	Particella accelerata	Kinetic energia	Appunti e scoperte fatte
Cosmotron	Brookhaven National Laboratory USA	1953-1968	Anello circolare (circa 72 metri)	Protone	3.3 GeV	Particelle V, produzione artificiale di mesoni .
Birmingham Synchrotron	Università di Birmingham	1953		Protone	1 GeV
Bevatron	Berkeley Rad Lab - LBNL - USA	1954- ~ 1970	"Pista"	Protone	6.2 GeV	Strano test delle particelle. Antiprotone , antineutrone vengono scoperti.
Bevalac , combinazione di un tubo di divergenza LINAC, SuperHILAC e Bevatron	Berkeley Rad Lab - LBNL - USA	~ 1970-1993	LINAC seguito da una "pista da corsa"	Qualsiasi nucleo stabile		Osservazione della materia nucleare condensata. Ionizzazione intratumorale in oncologia.
Saturno I	Saclay , Francia	1958-1997		Protone, ioni pesanti	Protone da 3 GeV
Sincrotrone a gradiente zero	Argonne National Laboratory - USA				12.5 GeV
Proton Synchrotron PS	CERN , Svizzera	1959-	Diametro: 200 m forte focalizzazione	Protone	25 GeV	Produzione di antiprotoni . Molte esperienze, tra cui: CLOUD , DIRAC , n_TOF . Anche iniettore per ISR e SPS .
Sincrotrone gradiente AGS	Laboratorio nazionale di Brookhaven -USA	1960-	Diametro: 200 m forte focalizzazione	Protone	33 GeV	Scoperta del neutrino muonico J / Ψ (1974), violazione CP / kaon

Acceleratori a bersaglio fisso

Molti acceleratori moderni sono stati utilizzati anche nella modalità target fisso; spesso venivano utilizzati anche come pre-acceleratori nei sistemi di collisori, anche loro stessi convertiti in collisori.
Esempio: il CERN SPS , che, pur essendo ancora utilizzato per proiettare particelle su bersagli fissi, è stato convertito in un collisore di protoni / antiprotoni ed è attualmente utilizzato come iniettore per il Large Hadron Collider (LHC) .

Acceleratore	Posizione	Anni di attività	Forma e dimensione	Particella accelerata	Energia cinetica	Esperienze	Appunti
SLAC Linac	Stanford Linear Accelerator Center USA	1966 -	Acceleratore lineare da 3 km	Elettrone / Positrone	50 GeV		Miglioramenti successivi, utilizzati per alimentare PEP, SPEAR, Stanford Linear Collider, PEP-II
Anello principale del Fermilab	Fermilab -USA	1972-1997
Super Proton Synchrotron SPS	CERN, Svizzera	1976 -		Protoni, vari ioni.	450 GeV per i protoni. 33 TeV per ioni piombo.	Molto numerosi, tra cui: CNGS , COMPASS , SHINE , creazione di Quark-gluon Plasma .	Trasformato anche in un collisore (Super Proton Antiproton Synchrotron) nel 1981 e utilizzato come iniettore LHC . $Sp \ overline {p} S$
Acceleratore lineare Bates	MIT , Middleton, MA, USA	1974-2005	Linac da 500 MeV e anello portaoggetti	Elettroni polarizzati
CEBAF	Jefferson Laboratory, Newport News, VA, USA	1994 -	5.75 GeV LINAC ricircolare (potenziato 12 GeV)	Elettroni polarizzati
MAMI	Mainz , Germania	1979 -	Acceleratore 855 MeV	Elettroni polarizzati
Tevatron	Fermilab Batavia, Illinois, USA	1983 - 1987	6,3 km anelli				Miglioramenti regolari poi trasformazione in un collisore
GANIL	Caen , Francia	1983 -	Due ciclotroni in serie.	Carbon ioni di uranio	Fino a 95 MeV / A		Vedi le scoperte di GANIL
Vivitron	Strasburgo , francia	1993-2003	Tandem elettrostatico Van de Graaff	Vari ioni	?		Prestazioni al di sotto del target, ma comunque funzionanti.
Spallazione della sorgente di neutroni	Laboratorio nazionale di Oak Ridge -USA	2006 -	Lineare (335 m) e circolare (248 m)	Protoni	800 MeV - 1 GeV

Collider

Un collisore è una macchina che accelera simultaneamente due fasci di particelle in direzione opposta, in modo da farli scontrare frontalmente. Questo tipo di installazione è più difficile da realizzare, ma è molto più efficiente di un "semplice" acceleratore che proietta le sue particelle su un bersaglio fisso.

Collisori elettrone-positrone (e + / e - )

Nella stragrande maggioranza dei casi, le energie di elettroni e positroni sono identiche. Ma poiché ci sono anche alcuni casi in cui queste energie sono diverse, la tabella ha due colonne per differenziare le energie dei due tipi di particelle.

Acceleratore	Posizione	Anni di attività	Forma e dimensione	Energia degli elettroni	Energia dei positroni	Esperienze	Scoperte notevoli
AdA	Frascati , Italia	1961-1964	Circonferenza circolare di 130 cm	250 MeV	250 MeV	.	.
ACO Orsay Collision Ring	Orsay , Francia	1965-1975	Circonferenza circolare di 22 m	550 MeV	550 MeV	ρ 0 , K + K - , φ 3C , μ + μ - , M2N e DM1	Dal 1975 al 1988, l'ACO è stata utilizzata come fonte di radiazione di sincrotrone.
LANCIA	SLAC , USA					Mark I (rilevatore) Mark II (rilevatore) Mark III (rilevatore)	Discovery of Charmonium Quark Charm (1974) Lepton tau (1978)
PEP	SLAC , USA					Mark II
Stanford Linear Collider SLC	SLAC , USA		Aggiunta a SLAC Linac	45 GeV	45 GeV	SLD , Mark II	Prova delle 3 famiglie di neutrini Misura dell'angolo di miscelazione elettrodebole
Grande collisore elettrone-positrone LEP	CERN Ginevra , Svizzera	(LEP I) 1989-1995 (LEP II) 1996-2000	Circolare, 27 km	104 GeV	104 GeV	Aleph Delphi Opal L3	Esistono solo 3 famiglie di neutrini , che coinvolgono 3 generazioni di fermioni . Misurazioni precise della massa del W e Z bosoni .
DORIS	DESY ( Amburgo , Germania)	1974-1993	Circolare, 300 m	5 GeV	5 GeV	ARGUS, Sfera di cristallo, DASP, PLUTONE	Oscillazione di mesoni B neutri
Petra (en)	DESY ( Amburgo , Germania)	1978-1986	Circolare, 2 km	20 GeV	20 GeV	GIADA, MARCO-J, PLUTONE, TASSO	Scoperta del gluone in eventi a 3 getti
CESR (en)	Cornell University, USA	1979-2002	Circolare, 768 m	6 GeV	6 GeV	CUSB, SCACCHI, CLEO, CLEO-2, CLEO-2.5, CLEO-3	Prima osservazione di un decadimento β
CESR-c	Cornell University, USA	2002-?	Circolare, 768 m	6 GeV	6 GeV	SCACCHI, CLEO-c
PEP-II	SLAC , USA	1998-2008	Circolare, 2,2 km	9 GeV	3.1 GeV	BaBar	Scoperta della violazione della simmetria CP nel sistema mesone B.
KEKB	KEK dal Giappone	1999-2008?	Circolare, 3 km	8.0 GeV	3.5 GeV	Bellissimo	Scoperta della violazione della simmetria CP nel sistema mesone B.
VEPP-2000	Novosibirsk	2006-	Circolare, 24 m	1.0 GeV	1.0 GeV
VEPP-4M	Novosibirsk	1994-?	Circolare, 366 m	6.0 GeV	6.0 GeV
BEPC	Cina	1989-?	Circolare, 240 m	2.2 GeV	2.2 GeV	ESSERE S
DAΦNE	Frascati , Italia	1999-	Circolare, 98 m	0.7 GeV	0.7 GeV	KLOE
BEPC II	Cina	2008-	Circolare, 240 m	3.7 GeV	3.7 GeV	Beijing Spectrometer III (en)

Collider adronici ( p contro p e pp )

Acceleratore	Posizione	Anni operativi	Forma e dimensione	particelle collisionnées	Energia del fascio	Esperimenti (rilevatori)
Anelli di memorizzazione dell'interazione ISR	CERN (Europa)	1971-1984	Anelli circolari (948 m)	Protone / protone e protone / antiprotone	31.5 GeV	Produzione di particelle con grande quantità di moto trasversale
Sincrotrone Super Protone $Sp \ overline {p} S$	CERN (Europa)	1981-1984	Anello circolare (6,9 km)	Protone / Antiprotone		UA1, UA2
Tevatron Run I	Fermilab (USA)	1992-1995	Anello circolare (6,3 km) e anello iniettore	Protone / Antiprotone	900 GeV + 900 GeV	CDF, D0
Modalità pp RHIC	Brookhaven National Laboratory (BNL - USA)	2000-data	Anello circolare (3,8 km)	Protone / Protone	100 GeV + 100 GeV	FENICE, STELLA
Tevatron Run II	Fermilab (USA)	2001-2011	Anello circolare (6,3 km) e anello iniettore	Protone / Antiprotone	980 GeV + 980 GeV	CDF, D0 quark top (1995)
Large Hadron Collider LHC	CERN (Europa)	09/10/2008-presente	Anelli circolari (27 km)	Protone / Protone	7 TeV + 7 TeV nominali	ALICE , ATLAS , CMS , LHCb , TOTEM

Collisori protoni-elettroni (p / e - )

Acceleratore	Posizione	Anni di attività	Forma e dimensione	Energia elettronica	Energia protonica	Esperienze
HERA	DESY	1992-2007	Anello circolare (circa 6.336 metri)	27.5 GeV	920 GeV	H1 , ZEUS , HERMES, HERA-B

Collisori ionici

Acceleratore	Posizione	Anni operativi	Forma e dimensione	ioni collisionnés	Energia ionica	Esperimenti
RHIC Relativistic Heavy Ion Collider	Brookhaven National Laboratory , New York, Stati Uniti	2000-	3,8 km	Au-Au; Cu-Cu; d-Au; pp polarizzata	0,1 TeV per nucleoni	STAR, PHENIX, Brahms, Phobos
Large Hadron Collider LHC	CERN, Europa	2009-presente	Anelli circolari (circa 27 km)	Pb-pb	2,76 TeV per nucleone	ALICE

Casi speciali

Il deceleratore antiprotone al CERN : come suggerisce il nome, questo dispositivo serve a rallentare gli antiprotoni (prodotti da protoni ad alta velocità proiettati su un bersaglio metallico), e quindi ha un principio di funzionamento inverso rispetto a quello di un acceleratore di particelle! Lo scopo di questa macchina è raccogliere antiprotoni (generati da un'altra installazione), portarli a bassa energia e infine realizzare un fascio controllato. Questo raggio può quindi essere sfruttato da alcuni esperimenti che non potrebbero utilizzare un flusso antiprotone "grezzo".

Note e riferimenti

H. Przysiezniak, the breakers of atoms , 529 th Conference of the University of All Knowledge, 16-06-2004
Michel Crozon , Materia prima - La ricerca delle particelle fondamentali e le loro interazioni Éditions du Seuil, 1987
Michel Crozon, L'universo delle particelle , Éditions du Seuil, 1999
(fr) public.web.cern.ch; PS - il protone sincrotrone, un giocoliere di particelle
(fr) public.web.cern.ch; SPS - il protone supersincrotrone, il primo Signore degli Anelli
(en) The Vivitron, introduzione
collisioni protone / antiprotone si sono verificate solo dall'aprile 1981: public.web.cern.ch; Protone contro protone , consultato nel luglio 2010.
L'SPS è ancora in servizio oggi, ma come iniettore per l'LHC e come acceleratore su un bersaglio fisso e non come collisore, vedi sopra .
(fr) public.web.cern.ch; AD - The Antiproton Decelerator , consultato nell'agosto 2009

Collegamenti interni

link esterno

(fr) LHC, il più grande acceleratore del mondo (sito LHC-Francia del CNRS e CEA)
(it) La guida LHC (CERN)
(fr) Il sito dell'acceleratore LHC del CERN
(it) Judy Goldhaber, "Bevalac aveva un record di 40 anni di scoperte storiche". 9 ottobre 1992. http://www.lbl.gov/Science-Articles/Archive/Bevalac-nine-lives.html
(en) Parametri del collisore ad alta energia dal Particle Data Group
(it) Acceleratori di particelle nel mondo
(it) Lawrence e il suo laboratorio - una storia dei primi anni di fisica degli acceleratori al Lawrence Berkeley Laboratory
(en) Breve storia e revisione degli acceleratori (11 p, file PDF)
(it) Linee di luce SLAC nel tempo
(in) Acceleratori e rilevatori denominati Mark allo SLAC
(en) (fr) Un produttore di acceleratori