АКЦЕЛЕРАТОР

1. АКЦЕЛЕРАТОР Невена Стојановић XII београдска гимназија Професор: Др Милена Мајкић

2. Структура материје

3. НУКЛЕАРНА ЈАКА СИЛА • Најјача интеракција у природи • кључна за изградњу атомског језгра • неке честице (нпр електрони) уопште не осећају јаку силу. • кратак домет • Јака интеракција је интеракција између нуклеона у језгру. • ЕЛЕКТРОМАГНЕТНА СИЛА • Својствена наелектрисаним честицама • неке честице делују, или се распадају, искључиво преко електромагнетних интеракција. • електромагнетна сила има бесконачни домет, • међу протонима који се додирују је 100 пута мања од јаке силе. • eлектромагнетна интеракција може да достигне величину јаке силе и да у једнакој мери утиче на стабилност и структуру језгра.

4. НУКЛЕАРНА СЛАБА СИЛА • У овим интеракцијама учествују све честице осим фотона • изазива β-распад и друге сличне распаде субатомских честица. • Кратког домета,врло брзо опада са растојањем. • ГРАВИТАЦИОНА СИЛА • гравитациона сила занемарљиво мала. • гравитациона сила међу протонима у језгру 10-38 део јаке силе. • неограничени домет гравитације • гравитациона сила расте са порастом броја честица и за масивне објекте (небеска тела) *интеракције између честица остварују се преко одговарајућих поља. Енергије тих поља су квантоване,а носиоци тих кваната енергије су елементарне честице које чине групу тзв преносилаца интеракције.

5. ПРЕНОСИОЦИ ИНТЕРАКЦИЈЕ-честице преко којих се остварују интеракције. ГЛУОНИ-преносиоци јаке интеракције. ФОТОН-преносилац електромагнетне интеракције. ИНТЕРМЕДИЈАРНИ БОЗОНИ(W⁺, W⁻ ,Z˚ мезон) – преносиоци слабе интеракције. ГРАВИТРОН- преносилац гравитационе интеракције. (о гравитону се говори као о хипотетичкој честици,постојање није доказано)

6. ЛЕПТОНИ • Не учествују у јаким интеракцијама • Електрон (e−), • мион (μ−) , • таон(τ−) , • електронски неутрино(νe), • мионски неутрино(νμ), • таонски неутрино(ντ) • Наелектрисање:електрон,мион и таон имају наелектрисање –е,неутрини нису наелектрисани. • Маса:маса неутрина приближно једнака нули,од осталих лептона електрон има најмању масу потом мион па таон. • Спин: ½ ħ • Стабилност:електрони и неутрини су стабилне честице,мион и таон су нестабилни(распадима се добијају електрон и неутрини). • Фундаменталне честице(нису изграђене од мањих)

7. ХАДРОНИ су честице које учествују у јаким интеракцијама. Сврставају се у две фамилије: • МЕЗОНИ(веће масе од лептона,мање од бариона) ,познато је више мезона: π-мезон, η-мезон, К-мезон,D-мезон , F-мезон... • Наелектрисање • Спин • Стабилност • БАРИОНИ су тешке честице. У ту групу спадају протон,неутрон и велики број још масивнијих честица које се називају хиперони . Постоје: Λ-хиперон, Σ-хиперон, Ξ-хиперон, Ω-хиперон итд. • Наелектрисање • Спин • Стабилност • Протонису бариони зато што су састављени од два u кварка и једног d кварка (uud). Неутрони су такође бариони(udd)

8. КВАРКОВИ • Фундаменталне честице(немају унутрашњу структуру) • Шест кваркова и шест антикваркова • Кваркови су наелектрисане честицеu,c,t имају наелектрисање 2/3 е,а кваркови d,s,bимају наелектрисање -1/3e • up/down (горе/доле), charm/strange (шарм/страни) i top/bottom (врх/дно)

9. "Tri kvarkaza Muster Marka!"

10. Bottom ili b kvark je otkriven u Fermilab-u 1977. godine u čestici nazvanoj Ipsilon (). Два најлакша кварка су названи upили u кварк и down или d кварк. Трећи кварк се зове strangeилиsкварк . Тако je назван због необично " дугог“ времена живота К честице(коју садржи овај кварк). Charmили c кварк добио је име игром случаја. Oткривен je 1974. године истовремено уSLAC-u (Stanford Linear Accelerator Center) i u Brukhejven националној лабораторији. Пети кварк јеbottomили b кварк, a шестиtopилиt-кварк. У прошлости су називани truth (истина)иbeauty (лепота). Bottom или bкварк je откривен уFermilab-у 1977. године у честици названој Ипсилон (Y). Topилиt је откривен последњи у Fermilab-у 1995. године.То је најмасивнији кваркзато је његово постојање предвиђано више од 20 година,док се нису стекли услови за његово откриће.

12. АКЦЕЛЕРАТОРИ Акцелератори су уређаји у којима се наелектрисане честице (e -, p+ итд.) убрзавају. • Акцелератори се састоје од следећих делова: • јонских или електронских извора • акцелерационог система • извора енергије • вакуумског система По облику путање честица при убрзавању деле сeна праволинијске  и цикличне акцелераторе. Праволинијски акцелератори су: електростатички, каскадни и линеарни акцелератор.(коначна енергија убрзане честице се добија једним пролазом) Циклични акцелератори су: циклотрони,синхроциклотрони, синхротрони и бетатрони.(коначна енергија се добија узастопним кретањем по затвореној путањи и зависи од броја ,,обртаја”)

13. Према дизајну акцелератори обезбеђују два типа судара: Фиксна мета:судар честице са фиксном метом Сударни снопови:Пресецање два снопа честица. По облику разликујемо два типа: Линеарни:Честица стартује на једном крају,а излази на другом. Синхротрони:Кружни акцелератори код којих честица кружи по прстену више пута.

14. Експерименти са фиксном метом: -наелектрисана честица(електрон или протон) се убрзава помоћу електричног поља и судара се са метом(може бити чврста,течна.гасовита) -помоћу детектора се одређује наелектрисање,импулс,маса(продукованих честица)

15. ЛИНЕАРНИ АКЦЕЛЕРАТОР • Дугачка праволинијска,вакумска цев дуж чије осе је постављено више шупљих,цилиндричних електрода. • Јако електрично поље између извора и прве електроде усмерава честице да се крећу дуж цеви. • Унутар цилиндричне електроде нема електричног поља. • Убрзавају се између двеју суседних електрода. • У сваку следећу електроду честица улази већом брзином. • По изласку из последње електроде честице са великом кинетичком енергијом ударају мету на крају цеви и изазивају одговарајуће нуклаерне реакције.

16. ЛИНЕАРНИ АКЦЕЛЕРАТОР -користе се код експеримената са фиксном метом, као убризачи за кружне акцелераторе или као линеарни сударачи(колајдери). Кружни акцелератори(синхротрони): -експерименти са сударним сноповима или издвојени из прстена са сударним сноповима за експерименте са фиксном метом. Сударајући снопови: Издвајање снопа да би ударио у фиксну мету:

17. ЦИКЛОТРОН • Изграђен од две шупље електроде које се зову дуанти. • Дуанти прикључени на генератор наизменичног напона , па у процепу између њих постоји електрично поље. • Дуанти се налазе у магнетном пољу. • Извор честица у средини процепа између дуаната. • Лоренцова сила(честица равномерно по кружној путањи) • Електрично поље у процепу убрзава честицу. • Фазотрон(фреквенција електричног поља између дуаната споро се смањује са смањењем времена које честица проводи у нутар дуаната. • Синхротрон( фреквенција генератора константна,повећава се јачина магнетног поља.

18. БЕТАТРОН КОЛАЈДЕРИ • Убрзавају се и ,,пројектил `` и мета. • Елементарне честице настају у процесима судара других честица. • Акцелератори у којима се убрзавају два снопа честица који се крећу један према другом. • Индукциони акцелератор електрона • Магнетно поље има двоструку улогу: индукује вртложно електрично поље и обезбеђује кретање електрона стално по кружној линији

19. у кружном акцелератору електрично поље приморава честицу да се убрзава,велики магнетиобезбеђују потребну силу усмерену ка центру која савија путању честице у круг. -магнети се користе како би усмерили снопове наелектрисаних честица ка метама и како би ,,фокусирали снопове’’ Бела стрелица-брзина честице Жута стрелица-централна сила коју обезбеђује магнет.

20. Како добијамо честице које желимо да убрзамо? Електрони: загревање метала доводи до емисије електрона. Протони:добијају се јонизовањем водоника. Античестице:прво се сударе честице високе енергије са метом. При томе се продукују парови видљивих честица-античестица из виртуелних фотона или глукона. За раздвајање честице од античестице користи се магнетно поље.

21. SLAC: Стенфорд Линеарни Акцелератор центар у Калифорнији. Откривен је шарм кварк ,као и тау лептон. Тренутно ради акцелератор који производи велики бр B мезона. Fermilab: Акцелератор у Ферми националној лабораторији у Илионису. Откривени су B и T кваркови,као и tauнеутрино.

22. CERN:Европска лабораторија за физику честица,пресеца границу између Швајцарске и Француске. Откривени су Z и W бозон. BNL:Брукхејвен Национална лабораторија у Њујорку. Истовремено са SLAC-ом откривен charmкварк. CESR: (Корнел) електрон-позитрон прстен(Storage Ring), у Њујорку.Детаљно проучава особине B кварка.

23. DESY:у Немачкој. Откривени глуони. KEK:у Јапану. Акцелератор тренутно производи велике количине B мезона. IHEP: у Кини. Детаљно проучавају лептони и кваркoви.

25. ВЕЛИКИ ХАДРОНСКИ СУДАРАЧ(LHC) • Прстен од 2 акцелераторске цеви у којима се два снопа протона или тешких јона убрзавају у супротним смеровима а затим се ти снопови сударају. • 4 места где се снопови сударају,тамо су постављени детекторски системи(регистровање и анализа судара) • 2 групе српских научника ( физичари честица из ИНН ,,Винча`` и са Физичког факултета у Београду; друга група је састављена од физичара из Института за Физику у Земуну и једним делом од физичара из ИНН,,Винча``.

28. CMS ATLAS ALICE LHCb