¿Cómo se inventó el colisionador más energético?
Hoy en día, la escala de los aceleradores de alta energía es muy grande, como el sincrotrón de protones y electronvoltios del Fermilab, cuya órbita circular ha alcanzado más de 6.000 metros. Si queremos seguir aumentando la energía, el área ocupada por el acelerador inevitablemente aumentará mucho. Por ejemplo, un acelerador con una energía que alcance miles de millones de electronvoltios tendría que ser tan grande como la Tierra. Por supuesto, esto es imposible. ¿Qué hacer? Construir un colisionador es una buena idea.
Un colisionador, como su nombre indica, es una máquina que permite colisiones frontales de dos haces de partículas de alta energía. Sabemos que si se utiliza un haz de partículas de alta energía para bombardear un objetivo estacionario, entonces sólo una pequeña parte de la energía de las partículas de alta energía es efectiva para la interacción, es decir, la energía efectiva es muy baja si son dos. haces de partículas de alta energía chocan de frente, la energía efectiva será mucho mayor. Por ejemplo: una colisión frontal de dos haces de 30 mil millones de electronvoltios de protones equivale a un haz de 19 billones de electronvoltios bombardeando un protón estacionario; una colisión frontal de dos haces de 20 mil millones de electronvoltios de electrones; Equivale a un haz de 1.600 billones de electronvoltios que bombardean electrones a electrones estacionarios. Obviamente, desde el punto de vista energético, el colisionador es muy superior a los aceleradores ordinarios de alta energía, por lo que el colisionador es uno de los principales medios para realizar experimentos de "energía ultra alta".
Actualmente, el colisionador más energético del mundo es el Colisionador de Electrones y Positrones (PETRA) en el Centro de Sincrotrón de Electrones en Hamburgo, Alemania. Comenzó su construcción en enero de 1976 y se completó oficialmente en abril de 1979. La energía actual ha alcanzado los 19 GeV × 19 GeV, lo que equivale aproximadamente a 1.444 billones de electronvoltios de energía ordinaria de un acelerador de alta energía.
El ISR del Centro de Investigación Nuclear de Europa Occidental es actualmente el colisionador protón-protón más grande del mundo. La energía puede alcanzar los 31,4 GeV, lo que equivale aproximadamente a 2,102,2 millones de electronvoltios de energía ordinaria de un acelerador de alta energía.
Los colisionadores de mayor energía en construcción, planificación y preparación son: el Centro de Investigación Nuclear de Europa Occidental en Septiembre de 1983 Se espera que el colisionador electrón-positrón (LEP), que se puso en marcha el día 13, tenga una energía de 200 GeV × 200 GeV, lo que equivale a un acelerador ordinario de alta energía con una energía de 160 mil millones de electronvoltios. Una vez finalizada la tercera fase del acelerador UNK que planea construir la Unión Soviética, podrá realizar experimentos de colisión protón-protón con una energía de 3000 GeV × 3000 GeV, que es aproximadamente equivalente a la energía de un acelerador ordinario de alta energía de 190 mil millones de electronvoltios. Actualmente, la comunidad de físicos de alta energía de los Estados Unidos está planeando construir un colisionador protón-protón con una capacidad de aproximadamente 20.000 GeV × 20.000 GeV. Es equivalente a la energía de un acelerador de alta energía ordinario y puede alcanzar tanta energía. hasta 8,5 mil millones de electronvoltios.
Utilizando el colisionador se puede obtener una energía extremadamente alta. Sin embargo, los experimentos realizados en el colisionador son limitados, por lo que éste y el acelerador de alta energía deberían complementarse. Los colisionadores son un complemento, no un reemplazo, de los aceleradores de alta energía.