FIZYKA III MEL Fizyka jądrowa i cząstek elementarnych Wykład 6 – Akceleratory

Komora iskrowa wyładowania iskrowe w miejscach jonizacji CERN

Komora drutowa Georges Charpak 1992

scyntylator fotopowielacz NaI(Tl) fotopowielacz

detektor modułowy

demon E286 (nasz)

konstrukcja

Identyfikacja czastek time of flight TOF

sygnał czas ładunek: całkowity część „powolna” elektron proton

metodyka Qtot Qslow

TPC

to działa!

on line

Detekcja gamma

widmo gamma

Współczynnik osłabienia wiązki prom. gamma

ALICE

koniec

Akceleratory

Akceleratory urządzenia wytwarzające strumienie naładowanych cząstek o (odpowiednio) dużej energii izotopy radioaktywne źródła naturalne promieniowanie kosmiczne reaktory jądrowe źródła sztuczne akceleratory

Akceleratory cząstki: e, p, d, , jon parametry energia: E, E/A natężenie wiązki źródło cząstek akcelerator system transportu target detektor trigger dst daq

Akceleratory elektrostatyczne V = 10 MV  T = 10 MeV V0 4V0 4V0 generator kaskadowy, Cockroft, Walton (1932) 3V0 2V0 V0+V0sint maksymalnie V = 3 MV wyładowania… … akceleracja wstępna V0 V0sint

Cockcroft, Walton 1932 – pierwsze rozbicie jądra: 1H + 7Li  2 (300 kV)

Akceleratory elektrostatyczne + generator Van de Graaffa (1935) maksymalnie V = 20 MV ciśnienie 500 hPa …podwójny Van de Graaff

Van de Graaff

Tandem

Akcelerator liniowy Los Alamos, protony 800 MeV wydrążone elektrody(E = 0) przyspieszenie generator Los Alamos, protony 800 MeV SLAC (Uniwersytet Stanforda) 3 km, elektrony do 30 GeV

Akcelerator liniowy

Cyklotron nie zależy od r ! częstotliwość cyklotronowa B nie zależy od r ! częstotliwość cyklotronowa maksymalna energia kinetyczna:

Synchrotron dipol magnetyczny - injektor wyprowadzenie wiązki dipol magnetyczny - pole magn. rośnie wraz z pędem cząstki. wnęki przyspieszajace

Synchrotron Aby promień był stały, musi wzrastać B i  energia pocz. Częstość kołowa obiegu: Pole elektryczne we wnękach przyspieszających zmienia się z częstością  taką, że: Aby promień był stały, musi wzrastać B i 

Kolajder ...by mieć protony o energii w środku masy 40 MeV: 800 MeV

tak działa kolajder...

BNL

Relativistic Heavy Ion Collider

w RHIC’u 197Au 197Au A · 100 GeV ~ 40 TeV !

Akcelerator w tunelu 4 m pod ziemią przyspiesza przeciwbieżne wiązki jąder atomowych do prędkości 99,95 prędkości światła. Wiązka odchylana jest w polu magnetycznym wytwarzanym przez nadprzewodzące magnesy umieszczone w ciekłym helu o temperaturze 4,5 K.

RHIC Energia zderzenia Ecms = 200 GeV Tysiące zderzeń na sekundę Podczas zderzenia wytwarza się temperatura 10 000 razy wyższa niż na Słońcu W eksperymentach bierze udział ponad 1000 fizyków z całego świata Grupa naukowców i studentów z Wydziału Fizyki P.W. uczestniczy w eksperymencie STAR

Cztery eksperymenty na zderzaczu RHIC Rejestracja cząstek Cztery eksperymenty na zderzaczu RHIC

Magnesy

RHIC kriogenika ciekły hel ~ 40 TeV ! próżnia 5 · 10-10 tor tunel 3.8 km dipole 288 · 9.7 m, 3.45 T 1 g złota / 20 lat ~ 40 TeV ! 20 tys. miasto zużycie energii

Large Hadron Collider, 2007? CERN Genewa (Szwajcaria/ Francja)

LHC

dipol

tevatron