Ce este un sincrotron?

A sincrotron este un design al unui accelerator de particule ciclic, în care un fascicul de particule încărcate trece în mod repetat printr-un câmp magnetic pentru a câștiga energie pe fiecare trecere. Pe măsură ce fasciculul câștigă energie, câmpul se ajustează pentru a menține controlul asupra traseului fasciculului în timp ce se deplasează în jurul inelului circular. Principiul a fost dezvoltat de Vladimir Veksler în 1944, cu primul sincrotron de electroni construit în 1945 și primul sincrotron proton construit în 1952.

Cum funcționează un sincrotron

Sincrotronul este o îmbunătățire a ciclotronului, care a fost proiectat în anii '30. În ciclotroni, fasciculul de particule încărcate se deplasează printr-un câmp magnetic constant care ghidează fasciculul pe o cale spirală, apoi trece printr-un câmp electromagnetic constant care asigură o creștere a energiei la fiecare trecere prin câmp. Această apăsare în energie cinetică înseamnă că fasciculul se mișcă printr-un cerc ușor mai larg pe trecerea prin câmpul magnetic, obținând un alt bum și așa mai departe până când atinge nivelurile de energie dorite.

Îmbunătățirea care duce la sincrotron este că în loc de a utiliza câmpuri constante, sincrotronul aplică un câmp care se schimbă în timp. Pe măsură ce fasciculul câștigă energie, câmpul se adaptează corespunzător pentru a menține fasciculul în centrul tubului care conține fasciculul. Acest lucru permite un grad mai mare de control asupra fasciculului, iar dispozitivul poate fi construit pentru a oferi creșteri mai mari de energie pe parcursul unui ciclu. 

Un tip specific de proiectare de sincrotron se numește inel de stocare, care este un sincrotron care este proiectat pentru unicul scop de a menține un nivel de energie constant într-un fascicul. Multe acceleratoare de particule folosesc structura acceleratorului principal pentru a accelera fasciculul până la nivelul de energie dorit, apoi îl transferă în inelul de stocare pentru a fi menținut până când poate fi ciocnit cu un alt fascicul care se deplasează în direcția opusă. Acest lucru dublează eficient energia coliziunii fără a fi necesar să construiți două acceleratoare complete pentru a obține două fascicule diferite până la nivelul energetic complet.

Sincrotronele majore

Cosmotronul a fost un protop sincrotron construit la Brookhaven National Laboratory. A fost pus în funcțiune în 1948 și a atins puterea maximă în 1953. La vremea respectivă, a fost cel mai puternic dispozitiv construit, care a ajuns să atingă energii de aproximativ 3,3 GeV și a rămas în funcțiune până în 1968..

Construcția pe Bevatron la Laboratorul Național Lawrence Berkeley a început în 1950 și a fost finalizată în 1954. În 1955, Bevatron a fost folosit pentru a descoperi antiprotonul, o realizare care a câștigat premiul Nobel pentru fizică din 1959. (Notă istorică interesantă: S-a numit Bevatraon, deoarece a obținut energii de aproximativ 6,4 BeV, pentru „miliarde de electronvolți.” Cu adoptarea unităților SI, totuși, prefixul giga- a fost adoptat pentru această scară, astfel încât notația s-a schimbat la GeV.)

Acceleratorul de particule Tevatron la Fermilab a fost un sincrotron. Capabil să accelereze protonii și antiprotonii până la niveluri de energie cinetică puțin mai mici de 1 TeV, a fost cel mai puternic accelerator de particule din lume până în 2008, când a fost depășit de colizorul de Hadroni Mari. Acceleratorul principal de 27 de kilometri de la Colizorul de Hadroni Mari este, de asemenea, un sincrotron și este capabil să obțină energii de accelerare de aproximativ 7 TeV pe fascicul, rezultând 14 coliziuni TeV.