충돌기

충돌기는 입자가 ^[1]충돌하도록 마주보는 두 개의 입자 빔을 하나로 모으는 입자 가속기의 한 종류입니다.충돌기는 링 가속기 또는 선형 가속기 중 하나입니다.

입자 가속기는 입자를 매우 높은 운동 에너지로 가속시키고 다른 입자에 충격을 줌으로써 입자 물리학에서 연구 도구로 사용됩니다.이러한 충돌의 부산물의 분석은 과학자들에게 아원자 세계의 구조와 그것을 지배하는 자연의 법칙에 대한 좋은 증거를 제공한다.이것들은 높은 에너지와 아주 짧은 시간 동안만 명백해질 수 있고, 따라서 다른 방법으로 공부하는 것은 어렵거나 불가능할 수 있다.

설명.

입자 물리학에서는 입자를 매우 높은 운동 에너지로 가속시키고 다른 입자에 충격을 줌으로써 소립자에 대한 지식을 얻는다.충분히 높은 에너지를 얻기 위해, 입자를 다른 입자로 바꾸는 반응이 일어납니다.이러한 제품을 검출하는 것으로, 관련하는 물리학의 통찰을 얻을 수 있습니다.

이러한 실험을 실시하려면 , 다음의 2개의 설정이 가능합니다.

고정 타깃 설정: 입자 가속기로 입자 빔(발사체)을 가속하고 충돌 파트너로서 빔의 경로에 정지 타깃을 넣는다.
충돌기:두 개의 입자 빔이 가속되고 빔이 서로 마주보게 되어 입자가 반대 방향으로 날면서 충돌합니다.이 과정은 이상하고 반물질적인 물질을 만드는 데 사용될 수 있다.

충돌기 설정은 구성하기가 더 어렵지만 특수 상대성 이론에 따르면 주어진 속도로 서로 접근하는 두 입자의 비탄성 충돌 에너지가 (비상대론적 물리학에서처럼) 하나의 입자가 정지하는 경우보다 4배 더 높을 뿐만 아니라 매그니트 순서가 될 수 있다는 큰 이점이 있다.충돌 속도가 빛의 속도에 가까울 경우 더 높아집니다.

충돌점이 실험실 프레임( ${\vec {p}}_{1}=-{\vec {p}}_{2}$ , p ${\vec {p}}_{1}=-{\vec {p}}_{2}$ ${\vec {p}}_{1}=-{\vec {p}}_{2}$ ${\vec {p}}_{1}=-{\vec {p}}_{2}$ - ${\vec {p}}_{1}=-{\vec {p}}_{2}$ ${\vec {p}}_{1}=-{\vec {p}}_{2}$ {\ $displaystyle {p}_{1}=$ -{\ $vec {p}}_{2}})$ 에 있는 충돌기의 경우 질량 $E_{\mathrm {cm} }$ $E_{\mathrm {cm} }$ 은 E c $E_{\mathrm {cm} }$ ${\$ 새로운 입자를 생성하는 에너지)이다. $E_{\mathrm {cm} }=E_{1}+E_{2}$ m $E_{\mathrm {cm} }=E_{1}+E_{2}$ $E_{\mathrm {cm} }=E_{1}+E_{2}$ + $({$ } = $E_{1}$ + $E_{2$ $E_{1}$ 서 $E_{2}$ $({$ E_{1 $}} 및$ $({$ }})는 $E_{2}$ 각 빔에서 입자의 총 에너지입니다.입자 2가 정지해 있는 고정 대상 실험의 $E_{\mathrm {cm} }^{2}=m_{1}^{2}+m_{2}^{2}+2m_{2}E_{1}$ , $E_{\mathrm {cm} }^{2}=m_{1}^{2}+m_{2}^{2}+2m_{2}E_{1}$ $E_{\mathrm {cm} }^{2}=m_{1}^{2}+m_{2}^{2}+2m_{2}E_{1}$ m $E_{\mathrm {cm} }^{2}=m_{1}^{2}+m_{2}^{2}+2m_{2}E_{1}$ $E_{\mathrm {cm} }^{2}=m_{1}^{2}+m_{2}^{2}+2m_{2}E_{1}$ 1 + $E_{\mathrm {cm} }^{2}=m_{1}^{2}+m_{2}^{2}+2m_{2}E_{1}$ $E_{\mathrm {cm} }^{2}=m_{1}^{2}+m_{2}^{2}+2m_{2}E_{1}$ + 2 $E_{\mathrm {cm} }^{2}=m_{1}^{2}+m_{2}^{2}+2m_{2}E_{1}$ $E_{\mathrm {cm} }^{2}=m_{1}^{2}+m_{2}^{2}+2m_{2}E_{1}$ 1 ({ $style$ E_ ${\mathrm {cm}$ } $E_{\mathrm {cm} }^{2}=m_{1}^{2}+m_{2}^{2}+2m_{2}E_{1}$ = $m_{1}^2}$ + $m_{2$ $}^{2}+2m_$ $}E_{$ 1 $E_{\mathrm {cm} }^{2}=m_{1}^{2}+m_{2}^{2}+2m_{2}E_{1}$ ^[2]

역사

충돌기에 대한 최초의 진지한 제안은 중서부 대학 연구 협회의 한 단체에서 비롯되었다.이 그룹은 2개의 접선 방사형 섹터 FFAG 가속 ^[3]링을 구축할 것을 제안했다.첫 번째 논문의 저자 중 한 명인 오카와 티히로는 한 개의 ^[4]^[5]자석 고리 안에서 두 개의 역회전 입자 빔을 가속할 수 있는 방사형 섹터 FFAG 가속기 디자인을 개발했습니다.MURA 그룹이 제작한 세 번째 FFAG 프로토타입은 이 개념의 실현 가능성을 입증하기 위해 1961년에 제작된 50MeV 전자 기계이다.

제라드 K 오닐은 한 쌍의 접선 저장 고리에 입자를 주입하기 위해 단일 가속기를 사용할 것을 제안했다.원래 MURA 제안과 마찬가지로 접선 부분에서 충돌이 발생합니다.저장 링의 장점은 저장 링이 훨씬 낮은 ^[6]플럭스를 달성하는 주입 가속기에서 높은 빔 플럭스를 축적할 수 있다는 것입니다.

최초의 전자-양전자 충돌기는 1950년대 후반에서 1960년대 초에 이탈리아에서, 로마 인근 프라스카티에 있는 Istituto Nazionale di Fisica Nucleare에서, 오스트리아-이탈리아 물리학자 Bruno Touschek에 의해 그리고 미국에서는 William C를 포함한 스탠포드-Princeton 팀에 의해 만들어졌다.바버, 버나드 기텔만, 게리 오닐, 버튼 리히터.비슷한 시기에, VEP-1 전자 충돌기는 독립적으로 개발되어 소련 노보시비르스크에 있는 핵물리학 연구소의 거쉬 부드커 감독 하에 제작되었다.충돌 빔에서의 입자 반응의 첫 번째 관찰은 1964년 중반에서 1965년 초에 세 팀에 의해 거의 동시에 보고되었다.^[7]

1966년에 CERN의 교차 스토리지 링에 대한 작업이 시작되었고 1971년에 이 충돌기가 ^[8]작동되었습니다.ISR은 CERN 프로톤 싱크로트론에 의해 주입된 양성자가 축적되어 충돌한 저장 고리입니다.이것은 최초의 강입자 충돌기였습니다. 초기의 모든 노력이 전자나 전자, 양전자와 함께 작용했었기 때문입니다.

1968년 페르미랍에서 가장 높은 에너지 양성자 가속기 복합체에 건설이 시작되었다.그것은 결국 테바트론 충돌기로 업그레이드되었고 1985년 10월 최초의 양성자-반양자 충돌이 1.6TeV의 질량 에너지 중심에서 기록되었으며, 당시 세계에서 가장 높은 에너지 충돌자가 되었다.이후 에너지는 1.96TeV에 도달했으며 2011년 작동 종료 시 충돌기 광도는 당초 설계 목표의 430배를 초과했다.^[9]

2009년 이후 세계에서 가장 에너지 높은 충돌기는 CERN의 LHC(Large Hadron Collider)입니다.현재 13TeV 질량 에너지 중심에서 양성자-양성자 충돌로 작동한다.원형 및 선형 충돌 강입자(양전자-양전자 또는 이온-뮤온), 렙톤(전자-양전자 또는 뮤온-뮤온), 전자와 이온/원자로 구성된 다양한 유형의 미래 입자 충돌기 프로젝트는 현재 힉스/전자기약물리학의 상세 탐사와 LHC 후단계 에너지 발견을 위해 검토되고 있다.를 클릭합니다.

작동 중인 충돌기

출처:정보는 웹 사이트 파티클 ^[11]데이터 그룹에서 가져왔습니다.

액셀러레이터	중심, 시, 국가	첫 번째 조작	가속 입자	빔당 최대 에너지, GeV	휘도, 10cm³⁰⁻²⁻¹	주변(길이), km
VEP-2000	INP, 노보시비르스크, 러시아	2006	이⁺ 이⁻	1.0	100	0.024
VEP-4Ω	INP, 노보시비르스크, 러시아	1994	이⁺ 이⁻	6	20	0.366
BEPC II	IHEP, 베이징, 중국	2008	이⁺ 이⁻	2.45^[12]	1000	0.240
다프네	이탈리아 프라스카티 LNF	1999	이⁺ 이⁻	0.510	453^[13]	0.098
SuperKEKB	KEK, 츠쿠바, 일본	2018	이⁺ 이⁻	7( e⁻ ), 4( e⁺ )	24000^[14]	3.016
오른쪽	BNL, 뉴욕, 미국	2000	p p , Au-Au, Cu-Cu, d-Au	255, 100/n	245, 0.0155, 0.17, 0.85	3.834
LHC	CERN	2008	pp, Pb-Pb, p-Pb, Xe-Xe	6500 (7000 계획), 2560/n (2760/n 예정)	21000,^[15] 0.0061, 0.9, 0.0004	26.659

「」를 참조해 주세요.

레퍼런스

^ "Fixed-target vs. Collider". 2 August 2013.
^ Herr, Werner; Muratori, Bruno (2003). "Concept of Luminosity". CERN Accelerator School: 361–378. Retrieved 2 November 2016.
^ Kerst, D. W.; Cole, F. T.; Crane, H. R.; Jones, L. W.; et al. (1956). "Attainment of Very High Energy by Means of Intersecting Beams of Particles". Physical Review. 102 (2): 590–591. Bibcode:1956PhRv..102..590K. doi:10.1103/PhysRev.102.590.
^ 미국 특허 2890348 '입자가속기' 오카와 티히로 1959-06-09 발행
^ 과학:1957년 2월 11일 월요일, 물리 & 판타지, 시각
^ O'Neill, G. (1956). "Storage-Ring Synchrotron: Device for High-Energy Physics Research" (PDF). Physical Review. 102 (5): 1418–1419. Bibcode:1956PhRv..102.1418O. doi:10.1103/PhysRev.102.1418. Archived from the original (PDF) on 2012-03-06.
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^ Holmes, Stephen D.; Shiltsev, Vladimir D. (2013). "The Legacy of the Tevatron in the Area of Accelerator Science". Annual Review of Nuclear and Particle Science. 63: 435–465. doi:10.1146/annurev-nucl-102212-170615.
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^ Zobov, M. (2010). "Test of crab-waist collisions at DAΦNE Φ factory". Physical Review Letters. 104 (17): 174801. Bibcode:2010PhRvL.104q4801Z. doi:10.1103/PhysRevLett.104.174801. PMID 20482112.
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^ ATLAS Collaboration (2020). "Performance of electron and photon triggers in ATLAS during LHC Run 2". The European Physical Journal C. 80 (1): 47. arXiv:1909.00761. Bibcode:2020EPJC...80...47A. doi:10.1140/epjc/s10052-019-7500-2. S2CID 202538006.

외부 링크

[1] "Fixed-target vs. Collider". 2 August 2013.

[2] Herr, Werner; Muratori, Bruno (2003). "Concept of Luminosity". CERN Accelerator School: 361–378. Retrieved 2 November 2016.

[3] Kerst, D. W.; Cole, F. T.; Crane, H. R.; Jones, L. W.; et al. (1956). "Attainment of Very High Energy by Means of Intersecting Beams of Particles". Physical Review. 102 (2): 590–591. Bibcode:1956PhRv..102..590K. doi:10.1103/PhysRev.102.590.

[4] 미국 특허 2890348 '입자가속기' 오카와 티히로 1959-06-09 발행

[5] 과학:1957년 2월 11일 월요일, 물리 & 판타지, 시각

[6] O'Neill, G. (1956). "Storage-Ring Synchrotron: Device for High-Energy Physics Research" (PDF). Physical Review. 102 (5): 1418–1419. Bibcode:1956PhRv..102.1418O. doi:10.1103/PhysRev.102.1418. Archived from the original (PDF) on 2012-03-06.

[7] Shiltsev, V. (2013). "The first colliders: AdA, VEP-1 and Princeton-Stanford". arXiv:1307.3116 [physics.hist-ph].

[8] Kjell Johnsen, Jentschke의 ISR, CERN Courier, 2003년 6월 1일

[9] Holmes, Stephen D.; Shiltsev, Vladimir D. (2013). "The Legacy of the Tevatron in the Area of Accelerator Science". Annual Review of Nuclear and Particle Science. 63: 435–465. doi:10.1146/annurev-nucl-102212-170615.

[10] Shiltsev, Vladimir; Zimmermann, Frank (2021). "Modern and future colliders". Reviews of Modern Physics. 93: 015006. doi:10.1103/RevModPhys.93.015006.

[11] "High Energy Collider Parameters" (PDF). Retrieved 2021-06-03.

[12] Ye, Minghan; Yuan, Changzheng (2020). 30 Years of Bes Physics: Proceedings of the Symposium. World Scientific. p. 319. ISBN 978-981-121-772-2.

[13] Zobov, M. (2010). "Test of crab-waist collisions at DAΦNE Φ factory". Physical Review Letters. 104 (17): 174801. Bibcode:2010PhRvL.104q4801Z. doi:10.1103/PhysRevLett.104.174801. PMID 20482112.

[14] "SuperKEKB collider achieves the world's highest luminosity". 2020-06-26. Retrieved 2020-06-26.

[15] ATLAS Collaboration (2020). "Performance of electron and photon triggers in ATLAS during LHC Run 2". The European Physical Journal C. 80 (1): 47. arXiv:1909.00761. Bibcode:2020EPJC...80...47A. doi:10.1140/epjc/s10052-019-7500-2. S2CID 202538006.

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