테바트론

Tevatron
테바트론
Fermilab.jpg
테바트론(배경) 및 메인 인젝터 링
일반 속성
액셀러레이터 타입싱크로트론
대들보양성자, 반양성자
대상 유형충돌기
보 속성
최대 에너지1 TeV
최대 휘도4×1032/(cm2)
물리 속성
둘레6.28km(6,280m)
위치일리노이 주
기관.페르미랍
가동일1983 - 2011
표준 모델을 넘어서는
CMS Higgs-event.jpg
양성자가 강입자 제트 및 전자로 충돌하여 생성되는 힉스 입자를 나타내는 대형 강입자 충돌기 CMS 입자 검출기 데이터 시뮬레이션
표준 모델
증거
이론들
초대칭성
양자 중력
실험

테바트론은 미국 일리노이주 바타비아 동쪽에 위치한 페르미 국립 가속기 연구소(일명 페르미랩)의 원형 입자 가속기(2011년까지 유효)로 유럽 원자력 연구기관(C)의 대형 강입자 충돌기(LHC)에 이어 두 번째로 높은 에너지 입자 충돌기이다.스위스 제네바테바트론은 6.28km(3.90mi) 고리에서 양성자와 반양자를 가속시켜 최대 1TeV의 에너지로 만든 싱크로트론이었다.[1][2]Tevatron은 1983년에 1억 2천만 달러를 들여 완성되었으며 1983~2011년 동안 상당한 업그레이드 투자가 이루어졌습니다.

테바트론의 주요 업적은 1995년 입자물리학 표준모형에 의해 예측된 마지막 기본 페르미온인 꼭대기 쿼크의 발견이었다.2012년 7월 2일, 페르미랍의 CDF와 Dö 충돌기 실험팀의 과학자들은 2001년 이후 테바트론 충돌기에서 생성된 약 500조 건의 충돌 분석 결과를 발표했으며, 힉스 입자의 존재 가능성은 [3]99.8%로 나중에 99.9%[4] 이상으로 향상되었다.

Tevatron은 예산[5] 삭감과 LHC의 완료로 인해 2011년 9월 30일 가동을 중단했다. LHC는 2010년 초에 가동을 시작하여 훨씬 강력하다(계획된 에너지는 Tevatron의 1 TeV에 비해 LHC의 7 TeV 빔 2개).테바트론의 주 고리는 아마도 향후 실험에서 재사용될 것이며, 그 구성 요소는 다른 [6]입자 가속기로 옮겨질 것이다.

역사

1968년 12월 1일, 선형 가속기(리니악)의 지반이 뚫렸다.메인 액셀러레이터 인클로저의 건설은 1969년 10월 3일 로버트 R.에 의해 흙의 첫 삽을 돌렸을 때 시작되었다. 윌슨, NAL의 감독입니다.이것은 페르밀랍의 주 고리가 [1]될 것이다.

최초의 200MeV 빔은 1970년 12월 1일에 시작되었다.부스터 최초의 8 GeV 빔은 1971년 5월 20일에 생산되었습니다.1971년 6월 30일, 처음으로 양성자 빔이 메인 링을 포함한 국립가속기연구소 가속기 시스템 전체를 통해 유도되었다.빔은 겨우 7GeV로 가속되었다.당시 부스터 액셀러레이터는 리낙으로부터 200MeV 양성자를 받아 에너지를 80억 전자볼트로 "증가"했다.그런 다음 주 가속기에 주입되었다.[1]

주 고리가 완성되기 전인 1971년 3월 9일 윌슨은 원자력공동위원회에서 초전도 자석을 이용해 더 높은 에너지를 얻는 것이 가능하다고 증언했다.그는 또한 메인링과 동일한 터널을 사용하여 새로운 자석을 메인링의 기존 자석과 병렬로 작동할 수 있도록 동일한 위치에 설치할 것을 제안했다.그것이 테바트론 [7]프로젝트의 시작점이었다.테바트론은 1973년에서 1979년 사이에 연구 개발 단계에 있었고, 메인 링의 가속력은 계속 [8]향상되었습니다.

일련의 이정표들은 1972년 1월 22일 20GeV로 가속도가 증가했고, 2월 4일 53GeV로, 2월 11일 100GeV로 증가했다.1972년 3월 1일, 당시 NAL 가속기 시스템은 처음으로 양성자 빔을 200 GeV의 설계 에너지로 가속시켰습니다.1973년 말까지 NAL의 가속기 시스템은 300 [1]GeV에서 일상적으로 작동했습니다.

1976년 5월 14일 페르미랍은 양성자를 500GeV까지 끌어올렸다.이 성과는 1000 GeV와 동일한 새로운 에너지 척도인 테라엘렉트론볼트(TeV)를 도입할 수 있는 기회를 제공했다.그해 6월 17일, 유럽 슈퍼 프로톤 싱크로트론 가속기(SPS)는 400 GeV의 [9]초기 순환 양성자 빔(가속되는 무선 주파수 전력 없음)을 달성했다.

기존의 자석인 메인 링은 1981년 그 아래에 초전도 자석을 설치하기 위해 폐쇄되었다.메인 링은 2000년 메인 [7]링 서쪽에서 메인 인젝터가 완료될 때까지 테바트론의 인젝터 역할을 계속했습니다.'에너지 더블러'는 1983년 [10]7월 3일 최초의 가속 빔인 512 GeV를 생성했다.

초기 에너지 800 GeV는 1984년 2월 16일에 달성되었습니다.1986년 10월 21일, 테바트론에서 가속도가 900 GeV로 증가하여 1986년 [11]11월 30일 1.8 TeV에서 첫 양성자-반양자 충돌을 일으켰다.

메인 [12]링을 대체한 메인 인젝터는 1993년부터 6년 동안 2억 9천만 [13]달러를 들여 제작된 가장 실질적인 추가 모델이었다.Tevatron 충돌기 Run II는 설비 업그레이드가 정상적으로 완료된 후 2001년 3월 1일에 시작되었습니다.그 때부터 빔은 980 GeV의 에너지를 [12]전달할 수 있었다.

2004년 7월 16일, Tevatron은 CERN의 이전 유럽 교차 스토리지 링(ISR)이 보유하고 있던 기록을 깨고 새로운 최대 밝기를 달성했습니다.바로 그 페르밀라브 기록은 2006년 9월 9일에 두 배가 되었고, 2008년 3월 17일에 세 배가 조금 넘었으며, 2010년 4월 16일의 이전 2004년 기록보다 최종적으로 4배 증가하였다(최대 4×1032−2 cm−1 s).[11]

테바트론은 2011년 9월 30일 운행을 중단했다.2011년 말까지 CERN의 대형 강입자 충돌기(LHC)는 Tevatron의 약 10배(3.65×10cms33−2−1)의 광도와 3.5TeV의 빔 에너지(2010년 3월 18일 이후)를 달성했으며, 이는 Tevatron 098의 약 3.6배에 달하는 성능을 이미 달성했습니다.

메카닉스

가속은 여러 단계에서 발생했습니다.첫 번째 단계는 750 keV 콕크로프트-월튼 전 가속기로, 수소 가스를 이온화하고 양전압을 사용하여 생성된 음이온을 가속시켰다.그리고 나서 이온은 150미터 길이의 선형 가속기(리니악)로 전달되었고, 이 선형 가속기는 진동하는 전기장을 사용하여 이온을 400MeV로 가속했습니다.이온은 탄소박을 통과하여 전자를 제거했고, 대전된 [14]양성자는 부스터로 이동했다.

Booster는 양성자가 약 8GeV의 에너지를 얻기 위해 최대 20,000번까지 통과하는 작은 원형 싱크로트론이었다.이 입자는 부스터에서 메인 인젝터로 공급되며, 이 인젝터는 1999년에 완료되어 여러 가지 작업을 수행했습니다.그것은 양성자를 150 GeV까지 가속시킬 수 있고, 반양성자 생성을 위해 120 GeV 양성자를 생성하며, 반양성자 에너지를 150 GeV로 증가시키고, 테바트론에 양성자 또는 반양성자를 주입할 수 있다.안티프로톤은 안티프로톤 소스에 의해 만들어졌다.120 GeV 양성자가 니켈 표적과 충돌하여 안티프로톤을 포함한 다양한 입자가 생성되었으며, 이는 수집되어 축전지 링에 저장될 수 있습니다.그러면 링이 안티프로톤을 메인 인젝터에 전달할 수 있습니다.

테바트론은 메인 인젝터의 입자를 최대 980GeV까지 가속할 수 있습니다.양자와 반양자는 반대 방향으로 가속되어 CDF와 Dö 검출기의 경로를 교차시켜 1.96TeV에서 충돌했다.입자를 궤도에 유지하기 위해 테바트론은 액체 헬륨으로 냉각된 774 니오브-티타늄 초전도 쌍극자석을 사용하여 4.2 테슬라 전계 강도를 생성했습니다.입자가 가속하면서 들판은 약 20초 이상 기울었다.빔의 [2]초점을 맞추기 위해 240 NbTi 4극 자석이 사용되었습니다.

Tevatron의 초기 설계 광도는 10cms였지만30−2−1, 업그레이드 후 가속기는 최대 4×10cms의32−2−1 [15]광도를 제공할 수 있었다.

1993년 9월 27일, 테바트론 가속기의 극저온 냉각 시스템은 미국 기계 공학 협회에 의해 국제 역사적 랜드마크로 지정되었습니다.테바트론의 초전도 자석에 극저온 액체 헬륨을 공급한 이 시스템은 1978년 완공 당시 현존하는 가장 큰 저온 시스템이었다.입자 빔을 구부리고 초점을 맞추는 자석의 코일을 초전도 상태로 유지하여 상온에서 [8]필요한 전력의 µ만 소비하도록 했다.

검출

테바트론은 이론적인 소립자 물리학에 의해 예측된 몇 개의 아원자 입자의 존재를 확인하거나 그 존재를 암시했다.1995년 CDF 실험과 Dö 실험 협업을 통해 꼭대기 쿼크의 발견이 발표되었고, 2007년까지 거의 1%의 정밀도로 질량을 측정하였다.2006년 CDF 협업을 통해 B 진동 측정과s 두 가지 유형의 시그마 바리온 [16]관찰이 보고되었습니다.2007년에 Dö와 CDF의 공동작업은 "Cascade B"
 (Ⅱ−
b) Xi Baryon을 [17]직접 관찰했다고 보고했다.

2008년 9월, Dö 협업이 쿼크 모델 [18][19]예측보다 상당히 높은 측정 질량을 가진 "이중 이상한" 오메가 바리온인 δ의−
b 검출을 보고했다.2009년 5월 CDF 협력은 Dö 실험에서 [20]사용한 것보다 약 4배 큰 데이터 샘플 분석을 바탕으로 δ 검색
−
b 결과를 공개했다.CDF 실험의 질량 측정값은 6054였다.4±6.8MeV/c이며2 표준모델 예측과 매우 일치하며, Dö 실험에서 이전에 보고된 값에서 신호가 관찰되지 않았다.Dö와 CDF의 두 가지 일관되지 않은 결과는 111±18 MeV/c2 또는 6.2 표준 편차만큼 다르다.CDF에 의해 측정된 질량과 이론적인 기대치가 매우 일치하기 때문에 CDF에 의해 발견된 입자가 실제로 δ임을−
b 강하게 시사한다.LHC 실험의 새로운 데이터가 가까운 장래에 상황을 명확하게 할 것으로 기대된다.

2012년 7월 2일, 대형 강입자 충돌기(LHC)에서 예정된 발표를 이틀 앞두고, CDF와 Dö의 공동 연구 Tevatron 충돌기 과학자들은 2001년 이후 생성된 약 500조 건의 충돌 분석 결과를 발표했다.그들은 힉스 입자의 존재는 115에서 135 GeV 정도의 [21][22]질량을 가지고 있을 가능성이 있다는 것을 발견했다.관측된 부호의 통계적 유의성은 2.9 시그마였으며, 이는 그러한 성질을 가진 입자가 실제로 존재하지 않았다면 550분의 1의 확률만 발생했음을 의미한다.그러나 테바트론으로부터의 최종 데이터 분석에서는 힉스 입자가 [3][23]존재하는지 여부에 대한 문제는 해결되지 않았다.2012년 7월 4일 대형 강입자 충돌기의 과학자들이 125.3 ± 0.4 GeV(CMS)[24] 또는 126 ± 0.4 GeV(ATLAS)[25] 질량의 보다 정확한 LHC 결과를 발표했을 때 비로소 LHC와 테바트 입자의 일관된 측정을 통해 강력한 증거가 있었다.

지진에 의한 차질

지진은 비록 그들이 수천 마일 떨어져 있더라도, 자석에 충분히 강한 움직임을 일으켜 빔의 질에 부정적인 영향을 미치고 심지어 그것을 교란시키기도 했다.따라서 Tevatron의 자석에는 미세한 움직임을 감시하고 문제의 원인을 신속하게 파악할 수 있도록 틸트미터가 설치되었다.빔을 교란시킨 최초의 지진은 2002년 데날리 지진이며,[26] 2004년 6월 28일 중간 정도의 국지적인 지진에 의해 또 다른 충돌기가 정지되었다.이후 테바트론에서는 2004년 인도양 지진, 2005년 니아스-시뮬루 지진, 2007년 뉴질랜드 지스본 지진, 2010년 아이티 지진, 2010년 칠레 [27]지진 등 20개 이상의 지진에서 발생하는 미세한 진동이 중단 없이 감지됐다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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  26. ^ 지진이었나요?테바트론에게 묻다
  27. ^ 테바트론, 아이티 지진 목격

추가 정보

외부 링크

좌표:41°49°55°N 88°15′07″w/41.832°N 88.252°W/ 41.832; -88.252