Acumulador de antiprotón

El Antiproton Accumulator ( AA ) era una infraestructura conectada al Proton-Antiproton Collider (Sp p S) - una modificación del Super Proton Synchrotron (SPS) - en el CERN . ^{[1] [2]} El AA fue construido en 1979 y 1980, para la producción y acumulación de antiprotones . ^{[3] [4]} En el Sp p S se hizo que los antiprotones chocaran con los protones, logrando colisiones en un centro de energía de masa de app. 540 GeV (luego elevado a 630 GeV y finalmente, en modo pulsado, a 900 GeV). Varios experimentos registraron datos de las colisiones, más notablemente elExperimento UA1 y UA2 , donde se descubrieron los bosones W y Z en 1983.

Sincrotrón Super Protón-Antiprotón
(Sp p S)

Experimentos clave de Sp p S
UA1	Área subterránea 1
UA2	Área subterránea 2
UA4	Área subterránea 4
UA5	Área subterránea 5
Preaceleradores sp p S
PD	Sincrotrón de protones
Automóvil club británico	Acumulador de antiprotón

El concepto del proyecto fue desarrollado y promovido por C. Rubbia , por el que recibió el premio Nobel en 1984 . ^[5] Compartió el premio con Simon van der Meer , cuya invención del método de enfriamiento estocástico hizo posible la producción a gran escala de antiprotones por primera vez.

Operación

Descripción general del acumulador de antiprotones (AA) en el CERN

Los antiprotones se produjeron dirigiendo un haz de protones intenso a un impulso de 26 GeV / c desde el sincrotrón de protones (PS) hacia un objetivo para la producción. La explosión emergente de antiprotones tuvo un impulso de 3,5 GeV / cy se seleccionó mediante un espectrómetro y se inyectó en el AA. ^[6] Los antiprotones producidos tendrían una extensión de impulso sustancial, que se redujo durante una órbita de 2 s alrededor del AA, utilizando el método de enfriamiento estocástico de Simon van der Meers . Luego, los antiprotones fueron atrapados usando un sistema de radiofrecuencia y movidos hacia adentro en la órbita a una región de apilamiento. ^[7] Una siguiente ráfaga de antiprotones llegó 2,4 s (el tiempo de ciclo de PS) después de la anterior. Este proceso se repitió durante todo el período de acumulación, que tomó alrededor de un día. La pila más intensa, obtenida después de muchos días, normalmente contiene 5,2 · 10 ¹¹ antiprotones. ^[7]

Simon van der Meer en la sala de control del acumulador de antiprotones, 1984

El núcleo denso de antiprotones se expulsó luego del AA y se aceleró a 26 GeV / c, utilizando el PS. Se transfirieron consecutivamente tres racimos de antiprotones al Sp p S, cada 2,4 s. ^[7] Justo antes de la transferencia de antiprotones, el PS ya habría acelerado y transferido tres racimos de protones que circulan en la dirección opuesta a los antiprotones. Cuando tres racimos de antiprotones y tres racimos de protones han llenado el Sp p S, los racimos se aceleraron a 315 GeV y los haces circularon durante horas. Durante este tiempo, el AA continuó acumulándose, para estar listo para la transferencia del día siguiente. ^[7]

Experimentos de antimateria

Desde el inicio del proyecto, se reconoció el potencial de la física con antiprotones de baja energía. Se construyó un anillo de antiprotones de baja energía (LEAR) que recibió antiprotones de la AA desde 1983 en adelante, para una desaceleración tan baja como 100 MeV / c. ^[8] La primera antimateria creada artificialmente , en forma de anti-hidrógeno , se creó en un experimento de captura en LEAR en 1995. Sin embargo, el primer cliente de antiprotones de AA había sido los anillos de almacenamiento de intersección (ISR) , donde el protón -Las colisiones de antiprotones se lograron a principios de 1981.

Actualización del sistema de acumulación de antiprotones

Para satisfacer la necesidad de más antiprotones, el proyecto ACOL (Antiproton COLlector) se concibió en 1983 ^[9] y se implementó en 1986 y 1987. Se mejoró la producción de antiprotones (objetivo y área objetivo); el Colector de Antiprotones (AC) , con una aceptación en el espacio de fase transversal y longitudinal mucho mayor que el del AA, se construyó estrechamente alrededor del AA; y el AA se modificó en consecuencia. La tasa de acumulación de AA, que antes era típicamente de 10 ¹¹ antiprotones por día, se elevó así en un orden de magnitud, a típicamente 10 ¹² .

AC y AA juntos se denominaron complejo de acumulación de antiprotones (AAC) . ^{[10] [11]} El AAC fue uno de los complejos de aceleradores más altamente automatizados de su tiempo. ^[12]

Después de la última ejecución de la Sp p S, en 1991, LEAR siguió siendo el único cliente de la AAC, y se buscó una forma más sencilla de servir a la física de baja energía. LEAR se convirtió para convertirse en el Anillo de iones de baja energía (LEIR) , el AA se desmanteló y el AC se convirtió en el Antiproton Decelerator (AD) .

Ver también

• Experimento UA1
• Experimento UA2
• Enfriamiento estocástico
• Bosones W y Z
• Colector de antiprotones
• Sincrotrón Super Protón-Antiprotón

Referencias

1. Billinge, R .; Crowley-Milling, MC (1979). "Las instalaciones del haz de colisión de protones y antiprotones del CERN" (PDF) . Transacciones IEEE sobre ciencia nuclear . 26 (3): 2974–2977. Código Bibliográfico : 1979ITNS ... 26.2974B . doi : 10.1109 / TNS.1979.4329913 . ISSN  0018-9499 .
2. Brianti, G. (1983). "Experiencia con el complejo ppbar del CERN" (PDF) . Transacciones IEEE sobre ciencia nuclear . 30 (4): 1950-1956. Código Bibliográfico : 1983ITNS ... 30.1950B . doi : 10.1109 / TNS.1983.4332685 . ISSN  0018-9499 .
3. Koziol, H .; Möhl, D. (2004). "El programa colisionador de antiprotones del CERN: aceleradores y anillos de acumulación" (PDF) . Informes de física . 403–404: 91–106. Código Bibliográfico : 2004PhR ... 403 ... 91K . doi : 10.1016 / j.physrep.2004.09.001 . ISSN  0370-1573 .
4. Evans, Lyndon ; Jones, Eifionydd; Koziol, Heribert (1989). "El colisionador de ppbar del CERN". En Di Lella, Luigi; Altarelli, Guido (eds.). Física del colisionador protón-antiprotón . Física del colisionador de protones y antiprotones. Serie: Serie avanzada sobre direcciones en física de altas energías . 4 . World Scientific. págs. 1-44. Código Bibliográfico : 1989ASDHE ... 4R ... 1E . doi : 10.1142 / 9789814503242_0001 . ISBN 9789971505622.
5. "Comunicado de prensa: Premio Nobel de Física de 1984" . Nobelprize.org . 17 de octubre de 1984 . Consultado el 24 de julio de 2017 .
6. van der Meer, S. (1981). "Enfriamiento estocástico en el acumulador de antiprotones del CERN" (PDF) . Transacciones IEEE sobre ciencia nuclear . 28 (3): 1994–1998. Código bibliográfico : 1981ITNS ... 28.1994V . doi : 10.1109 / TNS.1981.4331574 . ISSN  0018-9499 .
7. Evans, Lyndon; Jones, Eifionydd; Koziol, Heribert (1989). "El colisionador de ppbar del CERN". En Altarelli, G .; Di Lella, Luigi (eds.). Física del colisionador de protones y antiprotones . Serie avanzada sobre direcciones en física de altas energías. 4 . Publicaciones científicas mundiales.
8. Koziol, H .; Möhl, D. (2004). "El programa de antiprotones de baja energía del CERN: los sincrotrones" (PDF) . Informes de física . 403–404: 271–280. Código bibliográfico : 2004PhR ... 403..271K . doi : 10.1016 / j.physrep.2004.09.003 . ISSN  0370-1573 .
9. Wilson, Edmund JN, ed. (1983). Estudio de diseño de un colector de antiprotones para el acumulador de antiprotones (ACOL) (PDF) . CERN.
10. Jones, Eifionydd (1986). "ACOL, actualización del CERN del complejo acelerador de antiprotones" (PDF) . En Eggert, Karsten; Faissner, Helmut; Radermacher, E. (eds.). 6º Taller temático sobre física del colisionador de protones y antiprotones . Serie avanzada sobre direcciones en física de altas energías. 4 . World Scientific. págs. 691–704. Código Bibliográfico : 1989ASDHE ... 4R ... 1E . doi : 10.1142 / 9789814503242_0001 . ISBN 9789971502560.
11. Carron, G .; et al. (1993). "El complejo acumulador de antiprotones del CERN (AAC): estado actual y funcionamiento de los noventa" (PDF) . En Rossbach, J. (ed.). XV Congreso Internacional de Aceleradores de Alta Energía . World Scientific. págs. 106-108.
12. Chohan, V .; van der Meer, S. (1990). "Aspectos de automatización y aplicaciones en la fuente de antiprotones CERN" (PDF) . Instrumentos y métodos nucleares en la investigación de la física Sección A: Aceleradores, espectrómetros, detectores y equipos asociados . 293 (1–2): 98–102. Código Bibliográfico : 1990NIMPA.293 ... 98C . doi : 10.1016 / 0168-9002 (90) 91408-4 . ISSN  0168-9002 .