Un sincrotrón es un tipo particular de acelerador de partículas cíclico , descendiente del ciclotrón , en el que el haz de partículas acelerado viaja alrededor de un camino fijo de bucle cerrado. El campo magnético que dobla el haz de partículas en su camino cerrado aumenta con el tiempo durante el proceso de aceleración, sincronizándose con el aumento de la energía cinética de las partículas. [1]El sincrotrón es uno de los primeros conceptos de acelerador que permite la construcción de instalaciones a gran escala, ya que la flexión, el enfoque del haz y la aceleración se pueden separar en diferentes componentes. Los aceleradores de partículas modernos más potentes utilizan versiones del diseño de sincrotrón. El acelerador de tipo sincrotrón más grande, también el acelerador de partículas más grande del mundo, es el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) de 27 kilómetros de circunferencia (17 millas) cerca de Ginebra, Suiza, construido en 2008 por la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN ). ). Puede acelerar haces de protones a una energía de 6,5 teraelectronvoltios (TeV).
El principio del sincrotrón fue inventado por Vladimir Veksler en 1944. [2] Edwin McMillan construyó el primer sincrotrón de electrones en 1945, llegando a la idea de forma independiente, habiéndose perdido la publicación de Veksler (que solo estaba disponible en una revista soviética , aunque en inglés). [3] [4] [5] El primer sincrotrón de protones fue diseñado por Sir Marcus Oliphant [4] [6] y construido en 1952. [4]
El sincrotrón evolucionó del ciclotrón , el primer acelerador de partículas cíclico. Mientras que un ciclotrón clásico utiliza tanto un campo magnético guía constante como un campo electromagnético de frecuencia constante (y trabaja en aproximación clásica ), su sucesor, el ciclotrón isócrono , funciona mediante variaciones locales del campo magnético guía, adaptando la masa relativista creciente de partículas durante la aceleración. [ cita requerida ]
En un sincrotrón, esta adaptación se realiza mediante la variación de la intensidad del campo magnético en el tiempo, en lugar de hacerlo en el espacio. Para partículas que no están cerca de la velocidad de la luz , la frecuencia del campo electromagnético aplicado también puede cambiar para seguir su tiempo de circulación no constante. Al aumentar estos parámetros en consecuencia a medida que las partículas ganan energía, su trayectoria de circulación puede mantenerse constante a medida que se aceleran. Esto permite que la cámara de vacío para las partículas sea un toro grande y delgado , en lugar de un disco como en los diseños anteriores de aceleradores compactos. Además, el perfil delgado de la cámara de vacío permitió un uso más eficiente de los campos magnéticos que en un ciclotrón, lo que permitió la construcción rentable de sincrotrones más grandes. [cita necesaria ]
Mientras que los primeros sincrotrones y anillos de almacenamiento como Cosmotron y ADA usaban estrictamente la forma toroidal, el fuerte principio de enfoque descubierto de forma independiente por Ernest Courant et al. [7] [8] y Nicholas Christofilos [9] permitieron la separación completa del acelerador en componentes con funciones especializadas a lo largo del camino de la partícula, dando forma al camino en un polígono de esquinas redondeadas. Algunos componentes importantes están dados por cavidades de radiofrecuencia para aceleración directa, imanes dipolares ( imanes de flexión ) para la desviación de partículas (para cerrar el camino) y cuadrupolo ./ Imanes sextupolares para focalización de haces. [ cita requerida ]
La combinación de campos magnéticos guía dependientes del tiempo y el fuerte principio de enfoque permitió el diseño y la operación de modernas instalaciones de aceleradores a gran escala como colisionadores y fuentes de luz de sincrotrón . Las secciones rectas a lo largo del camino cerrado en dichas instalaciones no solo son necesarias para las cavidades de radiofrecuencia, sino también para los detectores de partículas (en los colisionadores) y los dispositivos de generación de fotones, como onduladores y osciladores (en las fuentes de luz de sincrotrón de tercera generación). [ cita requerida ]
