回旋加速器和粒子物理学

粒子物理学的历史是一个寻求寻找更小物质的故事。随着科学家深入研究原子的构成,他们需要找到一种方法将其分开以查看其构建块。这些被称为"基本粒子"。它需要大量的能量才能将它们分开。这也意味着科学家们必须提出新技术来完成这项工作。

为此,他们设计了回旋加速器,这是一种使用恒定磁场来保持带电粒子的粒子加速器,因为它们以圆形螺旋图案更快更快地移动。最终,他们击中了一个目标,这导致物理学家学习的二次粒子。回旋加速器已用于高能物理实验数十年,也可用于癌症和其他疾病的医学治疗。

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回旋加速器的历史

**个回旋加速器于1932年由Ernest Lawrence与他的学生M.Stanley Livingston合作在加州大学伯克利分校建造。他们将大型电磁铁放在一个圆圈中,然后设计出一种通过回旋加速器发射粒子以加速它们的方法。这项工作使劳伦斯获得了1939年诺贝尔物理奖。在此之前,使用的主要粒子加速器是线性粒子加速器,简称Iinac。**台linac于1928年在德国亚琛大学建成。Linac目前仍在使用,特别是在医学领域,以及作为更大和更复杂的加速器的一部分。

自从Lawrence'在回旋加速器上工作以来,这些测试单元已经在世界各地建造。加州大学伯克利分校为其辐射实验室建造了其中的几个,**个欧洲设施是在俄罗斯的Leningrad的镭研究所创建的。另一个是在第二次世界大战初期在海德堡建造的。

回旋加速器有很大的改进与需要一系列磁体和磁场以直线加速带电粒子的linac设计相反,圆形设计的好处是带电粒子流将继续通过相同的磁场由磁铁来回产生,每次获得一点能量时间是这样做的。随着粒子获得能量,它们会在回旋加速器内部形成越来越大的环路,每个环路继续获得更多的能量。最终,环路会非常大,以至于高能电子束会穿过窗户,此时它们将进入轰击室进行研究。实质上,它们与一块板碰撞,并在腔室周围散布颗粒。

回旋加速器是**个循环粒子加速器,它为加速粒子进一步研究提供了更有效的方法。

现代的回旋加速器

今天,回旋加速器仍然用于医学研究的某些领域,其尺寸范围从大致桌面设计到建筑尺寸和更大。另一种类型是同步加速器,设计于20世纪50年代,功能更强大。**的回旋加速器是TRIUMF 500 MeV回旋加速器,该回旋加速器仍在加拿大不列颠哥伦比亚省温哥华的不列颠哥伦比亚大学运行,日本理研实验室的超导环回旋加速器仍在运行。它有19米。科学家们用它们来研究粒子的性质,称为凝聚物质(粒子彼此粘附)。

更现代的粒子加速器设计,例如大型强子对撞机的设计,远远超过这个能级。这些所谓的"原子粉碎器"已经建成,使粒子加速到非常接近光速,物理学家搜索更小的物质。寻找希格斯博son是LHC'在瑞士工作的一部分。其他加速器存在于纽约的Brookhaven国家实验室,伊利诺伊州的Fermilab,日本的KEKB等。这些都是高度昂贵和复杂版本的回旋加速器,都致力于理解构成宇宙物质的粒子。

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