Részecskefizikai gyorsítók

Átírás

1 Részecskefizikai gyorsítók Kísérleti mag- és részecskefizikai szeminárium Márton Krisztina

2 Hogyan látunk különböző méreteket? 2

3 A működés alapelve az elektromos tér gyorsítja a részecskét különböző sebességű részecskék másként viselkednek mágneses tér tartja a megfelelő pályán a részecskét 3

4 Lineáris gyorsító egyenáramú gyorsítók bizonyos feszültség felett kisülés váltakozó feszültséget használó rezonanciagyorsítók Rolf Wideröe, driftcsövek közti hézagokban az elektromos mező iránya a megfelelő ütemben változik az odaérkező részecskét mindig gyorsítja 4

5 Ciklotron mágneses tér hatására a részecskék spirális pályán haladnak a két D között változtatjuk az elektromos teret, megfelelő frekvenciával állandó frekvenciájú váltóáram (amíg nincs jelentős relativisztikus tömegnövekedés) a frekvencia független a sebességtől: ciklotronfrekvencia 5

6 Ciklotron Nem-relativisztikus részecskékre: a frekvencia független a pálya sugarától a sugár a részecske sebességével növekszik 6

7 Ciklotron Relativisztikus részecskékre: relativisztikus tömegnövekedés frekvencia csökken szinkrociklotron: a gyorsító tér frekvenciáját időben megfelelően csökkentik egyszerre csak egy részecskecsomag kicsi nyalábáram izokrón ciklotron: mágneses tér időbeli vagy sugármenti növelése 7

8 Szinkrotron a mágneses tér és a frekvencia változtatása állandó sugarú pálya gyengén fókuszáló: nincs kvadrupól mágnes a kerület mentén a mágneses tér lényegében változatlan nagy kerület esetén a részecske pályája jelentősen eltérhet a tervezettől 8

9 Szinkrotron erősen fókuszáló: a mágneses tér változik a kerület mentén kvadrupól mágnesek a nyaláb fókuszálására felváltva fókuszáló és defókuszáló mágnesek 9

10 Nyaláboptika 10

11 Dispersion and Chromaticity 11

12 Dipól és kvadrupól mágnesek 12

13 The LHC optics 13

14 A működést befolyásoló hatások a pontos mérésekhez az energia értékét minél pontosabban ismerni kell külső tényezők befolyásolhatják az energia értékét pl. Hold vonzásának hatása (hasonló az árapály jelenséghez) LEP deformációja 4 mm 14

15 A működést befolyásoló hatások 15

16 A működést befolyásoló hatások 16

17 Hadron és e + e - ütköztetők 17

18 Lepton vs hadron colliders elektron/pozitron: elemi részecske, nincs belső szerkezet az ütközés energiája pontosabban hangolható precíziós mérések pl. LEP, SLAC proton: összetett részecske, kvarkok+gluonok az ütköző részecske típusa és energiája nem ismert magas QCD háttér magasabb energia érhető el Discovery machine pl. LHC, Tevatron 18

19 Lepton vs hadron colliders 19

20 Stanford Linear Collider 3,2 km hosszú, rádiófrekvenciás lineáris gyorsító elektronokat és pozitronokat gyorsít tömegközépponti energia: ~90 GeV (Z bozon) 20

21 Large Electron-Positron Collider CERN, Genf között működött 27 km kerületű 200 GeV középponti energia 4 nagy detektor: ALEPH OPAL DELPHI L3 21

22 Hadron ütköztetők Intersecting Storage Rings Super Proton Synchrotron ISABELLE Tevatron Relativistic Heavy Ion Collider Superconducting Super Collider Large Hadron Collider Super Large Hadron Collider CERN, CERN, BNL, cancelled in 1983 Fermilab, 1987 present BNL, 2000 present Cancelled in 1993 CERN, 2009 present Proposed, CERN, 2019 Very Large Hadron Collider Theoretical 22

23 Intersecting Storage Rings 23

24 Intersecting Storage Rings világ első hadron-ütköztetője 300 méter átmérőjű két, egymást keresztező tárológyűrű első proton-proton ütközés: január 27. első proton-antiproton: április 4. 24

25 Super Proton Synchrotron 6,9 kilométer hosszú proton, antiproton, elektron, pozitron, nehézion gyorsítása között protonantiproton ütköztető W és Z bozonok felfedezése (UA1 és UA2 kísérletek) LEP, később LHC előgyorsítója 25

26 Tevatron 26

27 Tevatron Fermi National Accelerator Laboratory (Batavia, Illinois) proton-antiproton ütköztető 6,28 kilométer hosszú ütközési energia: 2 x 980 GeV top kvark felfedezése (1995) 27

28 Superconducting Super Collider Desertron (Waxahachie, Texas) 87,1 km kerületű tervezett nyalábenergia: 20 TeV 1993-ban felfüggesztették az építését 1993-ig 22,5 km alagút, 2 milliárd dollár 28

29 Large Hadron Collider 29

30 Large Hadron Collider 30

31 Large Hadron Collider 27 km kerületű p+p ütköztetés: 7 TeV Pb+Pb: 2,76 ATeV 7 kísérlet: ATLAS ALICE CMS LHCb LHCf MoEDAL TOTEM 31

32 32

33 Gyorsítók az LHC után elektron-pozitron ütköztető precíziós mérések (pl. Higgs tömege, SUSY részecskék) E cm > 500 GeV (értéke függ az LHC eredményeitől) szinkrotron sugárzás lineáris gyorsító pl. LEP: ~2 GeV energiaveszteség 33

34 ILC / CLIC ILC: International Linear Collider szupravezető technológia kezdetben 500 GeV, később 1 TeV elektron-pozitron ütköztető km hosszú CLIC: Compact Linear Collider 50 km hosszú energia: 3-5 TeV a gyorsító teret egy párhuzamosan haladó alacsony energiájú nyaláb segítségével hoznák létre 150 MeV/m-t meghaladó gyorsítási gradiens 34

35 Paraméterek 35

36 Köszönöm a figyelmet! 36

37 37

38 38

39 39