El Bevatron era un acelerador de partículas , específicamente, un sincrotrón de protones de enfoque débil , en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley , EE. UU., Que comenzó a operar en 1954. [1] El antiprotón fue descubierto allí en 1955, lo que resultó en el Premio Nobel de Física en 1959. Emilio Segrè y Owen Chamberlain . [2] Aceleró los protones en un objetivo fijo, y fue nombrado por su capacidad para impartir energías de miles de millones de eV . ( B iliones de eV Synchrotron .)
Antiprotones
En el momento en que se diseñó el Bevatron, se sospechaba fuertemente, pero no se sabía, que cada partícula tenía una antipartícula correspondiente de carga opuesta, idéntica en todos los demás aspectos, una propiedad conocida como simetría de carga . El antielectrón, o positrón , se observó por primera vez a principios de la década de 1930 y se entendió teóricamente como una consecuencia de la ecuación de Dirac aproximadamente al mismo tiempo. Después de la Segunda Guerra Mundial, se observaron muones y piones positivos y negativos en las interacciones de los rayos cósmicos en cámaras de nubes y pilas de emulsiones fotográficas nucleares . El Bevatron fue construido para ser lo suficientemente enérgico como para crear antiprotones, y así probar la hipótesis de que cada partícula tiene una antipartícula correspondiente. [3] En 1955, se descubrió el antiprotón utilizando Bevatron. [4] El antineutrón fue descubierto poco después por Oreste Piccioni y compañeros de trabajo, también en Bevatron. La confirmación de la conjetura de la simetría de carga en 1955 llevó a que Emilio Segrè y Owen Chamberlain recibieran el Premio Nobel de Física en 1959. [4]
Poco después de que Bevatron entró en uso, se reconoció que la paridad no se conservaba en las interacciones débiles , lo que condujo a la resolución del rompecabezas tau-theta , la comprensión de la extrañeza y el establecimiento de la simetría CPT como una característica básica del relativismo cuántico. teorías de campo .
Requisitos y diseño
Para crear antiprotones (masa ~ 938 MeV / c 2 ) en colisiones con nucleones en un objetivo estacionario mientras se conserva tanto la energía como el momento, se requiere una energía de haz de protones de aproximadamente 6.2 GeV . En el momento en que se construyó, no se conocía forma de confinar un haz de partículas a una abertura estrecha, por lo que el espacio del haz era de aproximadamente cuatro pies cuadrados en sección transversal. [5] La combinación de la apertura del rayo y la energía requirió un enorme imán de hierro de 10,000 toneladas y un sistema de vacío muy grande.
Se utilizó un gran sistema de motor-generador para aumentar el campo magnético para cada ciclo de aceleración. Al final de cada ciclo, después de que se utilizó o extrajo el rayo, la energía del gran campo magnético se devolvió para hacer girar el motor, que luego se utilizó como generador para alimentar el siguiente ciclo, conservando energía; todo el proceso requirió unos cinco segundos. El característico sonido de subida y bajada, lamentos, del sistema motor-generador se podía escuchar en todo el complejo cuando la máquina estaba en funcionamiento.
En los años que siguieron al descubrimiento del antiprotón, se hizo mucho trabajo pionero aquí utilizando haces de protones extraídos del acelerador propiamente dicho, para golpear objetivos y generar haces secundarios de partículas elementales, no solo protones sino también neutrones, piones , " partículas extrañas " y muchos otros.
La cámara de burbujas de hidrógeno líquido
Los haces de partículas extraídas, tanto los protones primarios como los secundarios, podrían a su vez pasar para su estudio adicional a través de varios objetivos y detectores especializados, en particular la cámara de burbujas de hidrógeno líquido . Muchos miles de interacciones de partículas, o "eventos", fueron fotografiados, medidos y estudiados en detalle con un sistema automatizado de grandes máquinas de medición (conocido como "Franckensteins", por su inventor Jack Franck) [6] permitiendo a los operadores humanos (típicamente el esposas de estudiantes graduados) para marcar puntos a lo largo de las pistas de partículas y marcar sus coordenadas en tarjetas IBM, usando un pedal. Las barajas de cartas fueron luego analizadas por computadoras de la primera generación, que reconstruyeron las pistas tridimensionales a través de los campos magnéticos y calcularon los momentos y la energía de las partículas. Los programas de computadora, extremadamente complejos para su época, ajustaron los datos de la pista asociados con un evento dado para estimar las energías, masas e identidades de las partículas producidas.
Este período, cuando se revelaron repentinamente cientos de nuevas partículas y estados excitados, marcó el comienzo de una nueva era en la física de partículas elementales. Luis Álvarez inspiró y dirigió gran parte de este trabajo, por el que recibió el Premio Nobel de Física en 1968.
Bevalac
El Bevatron recibió una nueva vida en 1971, [7] cuando se unió al acelerador lineal SuperHILAC como un inyector de iones pesados. [8] La combinación fue concebida por Albert Ghiorso , quien la llamó Bevalac. [9] Podría acelerar una amplia gama de núcleos estables a energías relativistas. [10] Finalmente fue dado de baja en 1993.
Fin de la vida
La próxima generación de aceleradores utilizó un "enfoque fuerte" y requirió aperturas mucho más pequeñas y, por lo tanto, imanes mucho más baratos. El CERN PS ( Proton Synchrotron , 1959) y el Brookhaven National Laboratory AGS ( Alternating Gradient Synchrotron , 1960) fueron las primeras máquinas de próxima generación, con una apertura aproximadamente un orden de magnitud menor en ambas direcciones transversales, y alcanzando 30 GeV de energía protónica. , pero con un anillo magnético menos masivo. A modo de comparación, los haces circulantes en el Gran Colisionador de Hadrones , con ~ 11.000 veces más energía y una intensidad enormemente más alta que el Bevatron, están confinados a un espacio del orden de 1 mm en sección transversal y enfocados hasta 16 micrómetros en el regiones de colisión de intersección, mientras que el campo de los imanes de flexión es solo unas cinco veces mayor.
La demolición del Bevatron comenzó en 2009 y se completó a principios de 2012. [11]
Ver también
- Sincrotrón de gradiente alterno : Sincrotrón de enfoque fuerte de 33 GeV , siguiente paso después de Bevatron
- Tevatron : Acelerador Fermi Lab, colisionador protón-antiprotón de 1 TeV, el acelerador de partículas más grande construido en los EE. UU. (Dejó de funcionar en 2011)
Referencias
- ^ Documento de laboratorio de radiación UC UCRL-3369, "Experiencias con BEVATRON", EJ Lofgren, 1956.
- ^ "La historia de la antimateria - desde 1928 hasta 1995" . CERN. Archivado desde el original el 1 de junio de 2008 . Consultado el 24 de mayo de 2008 .(La página citada se indica como "3 de 5". El título de la página citada es "1954: herramientas eléctricas").
- ↑ Segrè Nobel Lecture, 1960
- ^ a b "La historia de la antimateria - de 1928 a 1995" . CERN. Archivado desde el original el 1 de junio de 2008 . Consultado el 24 de mayo de 2008 .(La página citada se indica como "3 de 5". El título de la página citada es "1954: herramientas eléctricas").
- ^ "EJ Lofgren, 2005" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 2012-03-02 . Consultado el 17 de enero de 2010 .
- ^ "La cámara de burbujas de hidrógeno y las extrañas resonancias" (PDF) . www.osti.gov .
- ^ Bevalac tenía registro de 40 años de descubrimientos históricos Goldhaber, J. (1992) Berkeley Lab Archive
- ^ Stock, Reinhard (2004). "Colisiones núcleo-núcleo relativistas: del BEVALAC al RHIC". Journal of Physics G: Física nuclear y de partículas . 30 (8): S633 – S648. arXiv : nucl-ex / 0405007 . Código Bibliográfico : 2004JPhG ... 30S.633S . doi : 10.1088 / 0954-3899 / 30/8/001 . S2CID 18533900 .
- ^ LBL 3835, "Informe anual de la división de acelerador", EJLofgren, 6 de octubre de 1975
- ^ Barale, J. (junio de 1975). "Rendimiento del Bevalac" (PDF) . Transacciones IEEE sobre ciencia nuclear . 22 (3): 1672-1674. Código Bibliográfico : 1975ITNS ... 22.1672B . doi : 10.1109 / TNS.1975.4327963 . S2CID 10438723 .
- ^ Laraia, Michele (12 de junio de 2017). Avances e innovaciones en desmantelamiento nuclear . Woodhead Publishing. ISBN 978-0-08-101239-0.
enlaces externos
- Historia del Bevatron
- "El Bevatron" relato histórico retrospectivo de EJ Lofgren; excelentes fotografías tempranas.
- Imágenes del Bevatron
- Apagado del Bevatron
- Edificio Bevatron programado para demolición
- Destructor de átomos histórico reducido a escombros y júbilo
Coordenadas : 37 ° 52′39 ″ N 122 ° 15′03 ″ W / 37.877392 ° N 122.250811 ° W / 37.877392; -122.250811