UN sincrotrón es un diseño de un acelerador de partículas cíclico, en el que un haz de partículas cargadas pasa repetidamente a través de un campo magnético para ganar energía en cada paso. A medida que el rayo gana energía, el campo se ajusta para mantener el control sobre la trayectoria del rayo a medida que se mueve alrededor del anillo circular. El principio fue desarrollado por Vladimir Veksler en 1944, con el primer sincrotrón de electrones construido en 1945 y el primer protón Sincrotrón construido en 1952.
Cómo funciona un sincrotrón
El sincrotrón es una mejora en el ciclotrón, que fue diseñado en la década de 1930. En los ciclotrones, el haz de partículas cargadas se mueve a través de un campo magnético constante que guía el haz en una trayectoria en espiral, y luego pasa a través de un campo electromagnético constante que proporciona un aumento de energía en cada paso a través del campo. Este aumento en la energía cinética significa que el haz se mueve a través de un círculo ligeramente más ancho en el paso a través del campo magnético, obteniendo otro aumento, y así sucesivamente hasta que alcanza los niveles de energía deseados.
La mejora que conduce al sincrotrón es que, en lugar de usar campos constantes, el sincrotrón aplica un campo que cambia con el tiempo. A medida que el rayo gana energía, el campo se ajusta en consecuencia para mantener el rayo en el centro del tubo que contiene el rayo. Esto permite mayores grados de control sobre el haz, y el dispositivo se puede construir para proporcionar más aumentos de energía a lo largo de un ciclo.
Un tipo específico de diseño de sincrotrón se llama anillo de almacenamiento, que es un sincrotrón diseñado con el único propósito de mantener un nivel de energía constante en un haz. Muchos aceleradores de partículas utilizan la estructura del acelerador principal para acelerar el haz hasta el nivel de energía deseado, luego transfiéralo al anillo de almacenamiento para mantenerlo hasta que pueda chocar con otra viga que se mueve en el lado opuesto dirección. Esto efectivamente duplica la energía de la colisión sin tener que construir dos aceleradores completos para obtener dos haces diferentes hasta el nivel de energía total.
Sincrotrones principales
El Cosmotron fue un sincrotrón de protones construido en el Brookhaven National Laboratory. Fue comisionado en 1948 y alcanzó toda su fuerza en 1953. En ese momento, era el dispositivo más poderoso construido, a punto de alcanzar energías de aproximadamente 3.3 GeV, y permaneció en funcionamiento hasta 1968.
La construcción del Bevatron en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley comenzó en 1950 y se completó en 1954. En 1955, el Bevatron se utilizó para descubrir el antiprotón, un logro que le valió el Premio Nobel de Física en 1959. (Nota histórica interesante: se llamó Bevatraon porque alcanzó energías de aproximadamente 6.4 BeV, por "miles de millones de electronvoltios". Con la adopción de Unidades SI, sin embargo, se adoptó el prefijo giga- para esta escala, por lo que la notación cambió a GeV).
El acelerador de partículas Tevatron en Fermilab era un sincrotrón. Capaz de acelerar protones y antiprotones a niveles de energía cinética ligeramente inferiores a 1 TeV, fue el acelerador de partículas más poderoso del mundo hasta 2008, cuando fue superado por el Gran Colisionador de Hadrones. El acelerador principal de 27 kilómetros en el Gran Colisionador de Hadrones también es un sincrotrón y es actual capaz de alcanzar energías de aceleración de aproximadamente 7 TeV por haz, lo que resulta en 14 TeV colisiones