Lista de aceleradores en física de partículas

Este artículo trata sobre la lista de aceleradores de partículas utilizados para experimentos de física de partículas . Los primeros aceleradores se utilizaron principalmente en física nuclear .

En la historia de la física de partículas, los rayos cósmicos fueron los primeros proveedores de partículas de muy alta energía ( astropartículas ). La radiactividad no produce tales proyectiles. Los rayos cósmicos tienen la desventaja de ser raros y tener energías impredecibles (hasta 10 8 TeV o 100 millones de veces la energía de las partículas de Tevatron ). Para explorar el núcleo, como para producir partículas, los experimentadores querían tener haces de partículas conocidas, animados con una energía conocida, y así controlar las condiciones del experimento. Es por ello que la técnica de los aceleradores sufrió sucesivas mejoras después de la Segunda Guerra Mundial, gracias a las cuales estos instrumentos prácticamente suplantaron a los rayos cósmicos como fuentes de proyectiles de alta energía.

Los aceleradores de partículas se construyeron teniendo en cuenta las siguientes 3 ideas simples:

Solo aceleran las partículas que transportan una carga eléctrica, sensibles a los campos eléctricos y magnéticos que la tecnología puede producir y utilizar.
Las partículas aceleradas deben permanecer estables (no decaer) durante la aceleración. El electrón y el protón, el positrón y el antiprotón cumplen estas condiciones. Los iones pesados están cargados y son estables, pero no son adecuados para el estudio de partículas.
Las partículas deben circular en un vacío suficiente para no chocar con una molécula que interrumpiría su trayectoria.

Nota : en esta lista, el mismo acelerador puede aparecer dos veces (o más) en la misma tabla, por ejemplo antes y después de una modificación o mejora, y / o en dos tablas (o más), dependiendo de si se ha transformado. de un tipo a otro o si puede funcionar en dos modos. Así, el Tevatron aparece tres veces: una en la tabla "aceleradores de objetivo fijo" y dos veces en la tabla "Colisionadores de hadrones". Otro ejemplo, el Gran Colisionador de Hadrones puede producir colisiones entre protones como colisiones entre iones, de ahí su presencia en las dos tablas correspondientes.

Aceleradores primitivos

Todos usaron rayos simples dirigidos a objetivos fijos. Se utilizaron para experimentos cortos, económicos y no calificados (no tenían nombre).

Ciclotrones

Con los ciclotrones más grandes encargados antes de la guerra, la energía estaba en su punto máximo. El ciclotrón no puede acelerar partículas tan ligeras como los electrones, porque estas partículas se comportan rápidamente de manera relativista.

Acelerador	Localización	Años de funcionamiento	Formulario	Partícula acelerada	Energía cinética	Notas y descubrimientos
Ciclotrón de 23 cm	UC Berkeley - Estados Unidos	1931	Circular	H 2 +	1,0 MeV	Destacando el concepto
Ciclotrón de 28 cm	UC Berkeley - Estados Unidos	1932	Circular	Protón	1,2 MeV
Ciclotrón de 68 cm	UC Berkeley - Estados Unidos	1932-1936	Circular	Deuterio	4,8 MeV	Interacciones deuterio / núcleo
Ciclotrón de 94 cm	UC Berkeley - Estados Unidos	1937-1938	Circular	Deuterio	8 MeV	Descubrimiento de muchos isótopos
Ciclotrón de 152 cm	UC Berkeley - Estados Unidos	1939-1941	Circular	Deuterio	16 MeV	Descubrimiento de muchos isótopos
Ciclotrón de 4,67 m	Berkeley Rad Lab [1] - EE. UU.	1942-	Circular	Varios	> 100 MeV	Investigación de separación de isótopos de uranio
Calutrones	Oak Ridge, Tennessee - Estados Unidos	1943-	"En una herradura"	Núcleos de uranio		Se utiliza para separar isótopos del Proyecto Manhattan.

[1] Primer acelerador construido en el sitio actual del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, más tarde conocido como Laboratorio de Radiación de Berkeley ("Rad Lab" para abreviar)

Aceleradores electrostáticos

Se aplica un alto voltaje estático entre 2 electrodos produciendo así un campo eléctrico estático . Ver aceleradores electrostáticos

Acelerador	Localización	Años de funcionamiento	Formulario	Partícula acelerada	Energía cinética	Notas y descubrimientos
Acelerador electrostático Cockcroft y Walton	Laboratorio Cavendish	1932	Generador Cockcroft-Walton	Protón	0,7 MeV	El primero en romper el núcleo ( litio )

Sincrociclotrones

En un sincrociclotrón, es el tamaño del electroimán el que determina la energía final. La frecuencia de resonancia del sistema HF debe poder variar fácilmente gracias a un condensador variable interpuesto entre el conductor débil ( dee ) y la pared. Se aplica un voltaje de CC superpuesto al voltaje de HF al electrodo de aceleración para facilitar la extracción de la fuente de iones.

Acelerador	Localización	Años de funcionamiento	Formulario	Partícula acelerada	Energía cinética	Notas y descubrimientos
Sincrociclotrón	Berkeley - Estados Unidos	1948-	circular	protón	350 Mev	Estudio de mesones π
Sincrociclotrón	CERN (Ginebra)	1958-1990	Circular d = 227 cm Variación de frecuencia 30 a 16 MHz	Protón	680 MeV	Momento magnético anómalo del muón
Sincrociclotrón	Dubna , Rusia	Diciembre de 1949-	Polo E. imán d = 6 m	Protón	700 MeV	7.000 toneladas (Torre Eiffel = 7.150 t)
Sincrociclotrón	San Petersburgo , Rusia		Polo E. imán d = 7 m	Protón	1 GeV	7.000 toneladas

Sincrotrones

Menos metal, menos energía eléctrica: los sincrotrones han permitido un salto energético. La energía del Berkeley Bevatron, 6.2 GeV, no se eligió arbitrariamente: es la energía mínima requerida para producir antiprotones.

Acelerador	Localización	Años de funcionamiento	Forma y tamaño	Partícula acelerada	Energía cinética	Notas y descubrimientos realizados
Cosmotron	Laboratorio Nacional de Brookhaven , EE. UU.	1953-1968	Anillo circular (aproximadamente 72 metros)	Protón	3,3 GeV	Partículas V, producción artificial de mesones .
Sincrotrón de Birmingham	Universidad de Birmingham	1953		Protón	1 GeV
Bevatrón	Berkeley Rad Lab - LBNL - Estados Unidos	1954- ~ 1970	"Pista de carreras"	Protón	6.2 GeV	Prueba de partículas extrañas. Se descubren antiprotón , antineutrón.
Bevalac , combinación de un tubo de divergencia LINAC, SuperHILAC y Bevatron	Berkeley Rad Lab - LBNL - Estados Unidos	~ 1970-1993	LINAC seguido de una "pista de carreras"	Cualquier núcleo estable		Observación de materia nuclear condensada. Ionización intratumoral en oncología.
Saturno I	Saclay , Francia	1958-1997		Protón, iones pesados	Protón de 3 GeV
Sincrotrón de gradiente cero	Laboratorio Nacional Argonne - EE. UU.				12,5 GeV
Sincrotrón de protones PS	CERN , Suiza	1959-	Diámetro: 200 m de enfoque fuerte	Protón	25 GeV	Producción de antiprotones . Muchas experiencias, que incluyen: CLOUD , DIRAC , n_TOF . También inyector para ISR y SPS .
Sincrotrón de gradiente AGS	Laboratorio Nacional Brookhaven -USA	1960-	Diámetro: 200 m de enfoque fuerte	Protón	33 GeV	Descubrimiento del neutrino muón J / Ψ (1974), violación CP / kaon

Aceleradores de objetivo fijo

Muchos aceleradores modernos también se utilizaron en el modo de objetivo fijo; a menudo también se utilizaron como preaceleradores en sistemas de colisionadores, e incluso ellos mismos se convirtieron en colisionadores.
Ejemplo: el CERN SPS , que, aunque todavía se utiliza para proyectar partículas en objetivos fijos, se convirtió en un colisionador de protones / antiprotones y actualmente sirve como inyector para el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) .

Acelerador	Localización	Años de funcionamiento	Forma y tamaño	Partícula acelerada	Energía cinética	Experiencias	Notas
SLAC Linac	Stanford Linear Accelerator Center EE. UU.	1966 -	Acelerador lineal de 3 km	Electrón / positrón	50 GeV		Mejoras sucesivas, utilizadas para alimentar el PEP, SPEAR, Stanford Linear Collider, PEP-II
Anillo principal de fermilab	Fermilab -USA	1972-1997
Sincrotrón Super Proton SPS	CERN, Suiza	1976 -		Protones, varios iones.	450 GeV para protones. 33 TeV para iones de plomo.	Muy numerosos, entre los que se encuentran: CNGS , COMPASS , SHINE , creación de Quark-gluon Plasma .	También se transformó en un colisionador (Super Proton Antiproton Synchrotron) en 1981, y se usó como inyector LHC . $Sp \ overline {p} S$
Acelerador lineal Bates	MIT , Middleton, MA, EE. UU.	1974-2005	500 MeV linac y anillo de almacenamiento	Electrones polarizados
CEBAF	Laboratorio Jefferson, Newport News, VA, EE. UU.	1994 -	5.75 GeV LINAC recircularizado (actualizado 12 GeV)	Electrones polarizados
MAMI	Mainz , alemania	1979 -	Acelerador de 855 MeV	Electrones polarizados
Tevatron	Fermilab Batavia, Illinois, Estados Unidos	1983 - 1987	Anillos de 6,3 km				Mejoras regulares y luego transformación en un colisionador
GANIL	Caen , Francia	1983 -	Dos ciclotrones en serie.	Iones de carbono a uranio	Hasta 95 MeV / A		Ver descubrimientos de GANIL
Vivitron	Estrasburgo , francia	1993-2003	Electrostática de Van de Graaff tándem	Varios iones	?		Rendimiento por debajo del objetivo, pero aún funcional.
Espalación de fuente de neutrones	Laboratorio Nacional Oak Ridge - EE. UU.	2006 -	Lineal (335 m) y circular (248 m)	Protones	800 MeV - 1 GeV

Colisionadores

Un colisionador es una máquina que acelera simultáneamente dos haces de partículas en la dirección opuesta, para hacerlas colisionar de frente. Este tipo de instalación es más difícil de construir, pero es mucho más eficiente que un acelerador "simple" que proyecta sus partículas sobre un objetivo fijo.

Colisionadores electrón-positrón (e + / e - )

En la gran mayoría de los casos, las energías de los electrones y los positrones son idénticas. Pero dado que también hay algunos casos en los que estas energías son diferentes, la tabla tiene dos columnas para diferenciar las energías de los dos tipos de partículas.

Acelerador	Localización	Años de funcionamiento	Forma y tamaño	Energía de electrones	Energía de positrones	Experiencias	Descubrimientos notables
AdA	Frascati , Italia	1961-1964	Circunferencia circular de 130 cm.	250 MeV	250 MeV	.	.
Anillo de colisión ACO Orsay	Orsay , Francia	1965-1975	Circunferencia circular de 22 m	550 MeV	550 MeV	ρ 0 , K + K - , φ 3C , μ + μ - , M2N y DM1	De 1975 a 1988, ACO se utilizó como fuente de radiación de sincrotrón.
LANZA	SLAC , EE. UU.					Mark I (detector) Mark II (detector) Mark III (detector)	Descubrimiento de Charmonium Quark Charm (1974) Lepton tau (1978)
ENERGÍA	SLAC , EE. UU.					Mark II
Colisionador lineal Stanford SLC	SLAC , EE. UU.		Adición a SLAC Linac	45 GeV	45 GeV	SLD , Mark II	Evidencia de las 3 familias de neutrinos Medición del ángulo de mezcla electrodébil
Colisionador grande de electrones y positrones LEP	CERN Ginebra , Suiza	(LEP I) 1989-1995 (LEP II) 1996-2000	Circular, 27 km	104 GeV	104 GeV	Aleph Delphi Opal L3	Solo existen 3 familias de neutrinos , que involucran 3 generaciones de fermiones . Las mediciones precisas de la masa de los W y Z bosones .
DORIS	DESY ( Hamburgo , Alemania)	1974-1993	Circular, 300 m	5 GeV	5 GeV	ARGUS, Bola de cristal, DASP, PLUTÓN	Oscilación de los mesones B neutros
Petra (en)	DESY ( Hamburgo , Alemania)	1978-1986	Circular, 2 km	20 GeV	20 GeV	JADE, MARK-J, PLUTÓN, TASSO	Descubrimiento del gluón en eventos de 3 chorros
CESR (en)	Universidad de Cornell, Estados Unidos	1979-2002	Circular, 768 m	6 GeV	6 GeV	CUSB, AJEDREZ, CLEO, CLEO-2, CLEO-2.5, CLEO-3	Primera observación de una desintegración β
CESR-c	Universidad de Cornell, Estados Unidos	2002-?	Circular, 768 m	6 GeV	6 GeV	AJEDREZ, CLEO-c
PEP-II	SLAC , EE. UU.	1998-2008	Circular, 2,2 km	9 GeV	3,1 GeV	BaBar	Descubrimiento de la violación de la simetría CP en el sistema del mesón B
KEKB	KEK de Japón	1999-2008?	Circular, 3 km	8.0 GeV	3,5 GeV	Precioso	Descubrimiento de la violación de la simetría CP en el sistema del mesón B
VEPP-2000	Novosibirsk	2006-	Circular, 24 m	1.0 GeV	1.0 GeV
VEPP-4M	Novosibirsk	1994-?	Circular, 366 m	6.0 GeV	6.0 GeV
BEPC	porcelana	1989-?	Circular, 240 m	2,2 GeV	2,2 GeV	BES
DAΦNE	Frascati , Italia	1999-	Circular, 98 m	0,7 GeV	0,7 GeV	KLOE
BEPC II	porcelana	2008-	Circular, 240 m	3,7 GeV	3,7 GeV	Espectrómetro de Beijing III (en)

Colisionadores de hadrones ( p contra p y pp )

Acelerador	Localización	Años operativos	Forma y tamaño	partículas collisionnées	Haz de energía	Experimentos (detectores)
Anillos de almacenamiento de interacción ISR	CERN (Europa)	1971-1984	Anillos circulares (948 m)	Protón / Protón y Protón / Antiprotón	31,5 GeV	Producción de partículas de gran cantidad de movimiento transversal
Sincrotrón de super protones $Sp \ overline {p} S$	CERN (Europa)	1981-1984	Anillo circular (6,9 km)	Protón / Antiprotón		UA1, UA2
Tevatron Run I	Fermilab (Estados Unidos)	1992-1995	Anillo circular (6,3 km) y anillo inyector	Protón / Antiprotón	900 GeV + 900 GeV	CDF, D0
Modo de RHIC pp	Laboratorio Nacional Brookhaven (BNL - EE. UU.)	2000-fecha	Anillo circular (3,8 km)	Protón / Protón	100 GeV + 100 GeV	PHENIX, ESTRELLA
Tevatron Run II	Fermilab (Estados Unidos)	2001-2011	Anillo circular (6,3 km) y anillo inyector	Protón / Antiprotón	980 GeV + 980 GeV	CDF, tapa de quark D0 (1995)
Gran Colisionador de Hadrones LHC	CERN (Europa)	09/10/2008-presente	Anillos circulares (27 km)	Protón / Protón	7 TeV + 7 TeV Nominal	ALICIA , ATLAS , CMS , LHCb , TOTEM

Colisionadores de protones y electrones (p / e - )

Acelerador	Localización	Años de funcionamiento	Forma y tamaño	Energía de electrones	Energía de protones	Experiencias
HERA	DESY	1992-2007	Anillo circular (aproximadamente 6.336 metros)	27,5 GeV	920 GeV	H1 , ZEUS , HERMES, HERA-B

Colisionadores de iones

Acelerador	Localización	Años operativos	Forma y tamaño	iones collisionnés	Energía de iones	Experimentos
Colisionador de iones pesados relativista RHIC	Laboratorio Nacional Brookhaven , Nueva York, EE. UU.	2000-	3,8 kilometros	Au-Au; Cu-Cu; d-Au; pp polarizado	0,1 TeV por nucleones	ESTRELLA, FENIX, Brahms, Fobos
Gran Colisionador de Hadrones LHC	CERN, Europa	2009-presente	Anillos circulares (unos 27 km)	Pb-pb	2,76 TeV por nucleón	ALICIA

Casos particulares

El desacelerador de antiprotones en el CERN : como su nombre indica, este dispositivo sirve para ralentizar los antiprotones (producidos por protones de alta velocidad proyectados sobre un objetivo metálico) y, por lo tanto, tiene un principio de funcionamiento inverso al de un acelerador de partículas. El propósito de esta máquina es recolectar antiprotones (generados gracias a otra instalación), llevarlos a baja energía, y finalmente hacer un haz controlado de ellos. Este rayo puede luego ser aprovechado por ciertos experimentos que no podrían usar un flujo de antiprotón "crudo".

Notas y referencias

H. Przysiezniak, los interruptores de átomos , 529 ª Conferencia de la Universidad de todos los saberes, 16-06-2004
Michel Crozon , Materia prima - La búsqueda de partículas fundamentales y sus interacciones Éditions du Seuil, 1987
Michel Crozon, El universo de partículas , Éditions du Seuil, 1999
(fr) public.web.cern.ch; PS: el sincrotrón de protones, un malabarista de partículas
(fr) public.web.cern.ch; SPS: el supersincrotrón de protones, el primer señor de los anillos
(en) The Vivitron, introducción
Las colisiones de protones / antiprotones solo tuvieron lugar a partir de abril de 1981: public.web.cern.ch; Protón contra protón , consultado en julio de 2010.
El SPS todavía está en servicio hoy, pero como un inyector para el LHC y como un acelerador en un objetivo fijo y no como un colisionador, ver arriba .
(fr) public.web.cern.ch; AD - The Antiproton Decelerator , consultado en agosto de 2009

Vínculos internos

enlaces externos

(fr) LHC, el acelerador más grande del mundo (sitio LHC-Francia de CNRS y CEA)
(es) La Guía del LHC (CERN)
(fr) El emplazamiento del acelerador LHC en el CERN
(en) Judy Goldhaber, "Bevalac tenía un récord de 40 años de descubrimientos históricos". 9 de octubre de 1992. http://www.lbl.gov/Science-Articles/Archive/Bevalac-nine-lives.html
(es) Parámetros de colisionador de alta energía del Grupo de datos de partículas
(es) Aceleradores de partículas en todo el mundo
(es) Lawrence y su laboratorio : una historia de los primeros años de la física de aceleradores en el Laboratorio Lawrence Berkeley
(es) Breve historia y revisión de los aceleradores (11 p, archivo PDF)
(es) Líneas de luz SLAC a lo largo del tiempo
(in) Aceleradores y detectores denominados Mark en SLAC
(en) (fr) Un fabricante de aceleradores