Tevatron

Tevatron AQShda , Illinoys shtatining Batavia shahridan sharqda joylashgan Fermi milliy tezlatkich laboratoriyasida (shuningdek, Fermilab nomi bilan ham tanilgan) halqasiomn zarrachalar tezlatgichi (2011-yilgacha faol) boʻlgan va Katta Adron Kollayderidan (LHC) keyin qurilgan ikkinchi eng yuqori energiya zarralari kollayderidir. Tevatron 6,28 km (3,90 milya) halqada proton va antiprotonlarni 1 TeV energiyagacha tezlatuvchi sinxrotron edi, shuning uchun uning nomi shu edi. Tevatron 1983-yilda 120 million dollarga qurib bitkazildi va 1983-2011-yillardagi faol yillar davomida sezilarli modernizatsiya investitsiyalari amalga oshirildi.

Tevatronning asosiy yutugʻi 1995-yilda top kvark — zarralar fizikasining standart modeli tomonidan bashorat qilingan oxirgi fundamental fermionning kashf etilishi edi. 2012-yil 2-iyulda Fermilabdagi CDF va DØ kollayder tajriba guruhlari olimlari 2001-yildan beri Tevatron kollayderidan hosil boʻlgan 500 trillionga yaqin toʻqnashuvlar tahlili natijalarini eʼlon qilishdi va shubhali Xiggs bozonining mavjudligi (Ishonch 99,8 %, keyinroq 99,9 % ga yaxshilandi) yuqori ehtimollik bilan ekanligini aniqladilar.

Tevatron 2011-yil 30-sentabrda byudjetni qisqartirish maqsadida va 2010-yil boshida ish boshlagan va ancha kuchliroq boʻlgan LHC qurib bitkazilganligi sababli oʻz faoliyatini toʻxtatdi (rejalashtirilgan energiya LHCda ikkita 7 TeV edi, Tevatrondagi 1 TeV ga nisbatan ancha yuqori). Tevatronning asosiy halqasi, ehtimol, kelajakdagi tajribalarda qayta qoʻllanadi va uning tarkibiy qismlari boshqa zarracha tezlatgichlariga oʻtkazilishi mumkin.

Tarix 
1968-yil 1-dekabrda chiziqli tezlatkich (linac) uchun asoslar ochildi. Asosiy tezlatgich korpusining qurilishi 1969-yil 3-oktabrda, NAL direktori Robert R. Wilson tomonidan yerning birinchi kurak aylantirilganda boshlangan. Bu 6.3 km ga aylanadi aylanasi Fermilabning asosiy halqasi.

Birinchi linac 200 MeV nurlanish 1970-yil 1-dekabrda boshlangan. Birinchi kuchaytiruvchi 8 GeV nur 1971-yil 20-mayda ishlab chiqarilgan. 1971-yil 30-iyunda proton nurlari birinchi marta Milliy tezlatkichlar laboratoriyasi tezlatkich tizimi orqali boshqarildi. Nur faqat 7 GeV ga tezlashtirildi. Oʻshanda Booster Accelerator Linacdan 200 MeV protonlarni olib, ularning energiyasini 8 milliard elektron voltga „koʻtargan“. Keyin ular asosiy tezlatgichga kiritildi.

Oʻsha yili Asosiy halqa qurib bitkazilishidan oldin, Wilson 1971-yil 9-martda Atom energiyasi boʻyicha qoʻshma qoʻmitaga oʻta oʻtkazuvchan magnitlar yordamida yuqori energiyaga erishish mumkinligini tasdiqladi. Shuningdek, u buni asosiy halqa bilan bir xil tunnel yordamida amalga oshirish mumkinligini va yangi magnitlar asosiy halqaning mavjud magnitlariga parallel ravishda ishlaydigan bir xil joylarda oʻrnatilishini taklif qildi. Bu Tevatron loyihasining boshlangʻich nuqtasi edi. Tevatron 1973-1979-yillar oraligʻida tadqiqot va ishlab chiqish bosqichida edi, shu bilan birga Asosiy halqadagi tezlashtirish kuchaytirildi.

Bir qator muhim bosqichlar 1972-yil 22-yanvarda 20 GeV ga, 4-fevralda 53 GeV ga va 11-fevralda 100 GeV ga koʻtarildi. 1972-yil 1-martda oʻsha paytdagi NAL tezlatkich tizimi birinchi marta protonlar nurini tezlashtirdi. Uning dizayn energiyasi 200 GeV, 1973-yil oxiriga kelib, NAL tezlatgich tizimi muntazam ravishda 300 GeV da ishladi.

1976-yil 14-mayda Fermilab oʻzining protonlarini 500 GeV gacha tezlata oldi. Ushbu yutuq 1000 GeV ga teng boʻlgan yangi energiya shkalasini — teraelektronvoltni (TeV) joriy qilish imkoniyatini berdi. Oʻsha yilning 17-iyunida Yevropa Super Proton Sinxrotron tezlatkichi (SPS) atigi 400 GeV boʻlgan dastlabki aylanma proton nuriga (tezlashtiruvchi radiochastota kuchiga ega boʻlmagan) erishdi.

Anʼanaviy magnit asosiy halqa 1981-yilda uning ostiga oʻta oʻtkazuvchan magnitlarni oʻrnatish uchun yopilgan. Asosiy halqa 2000-yilda asosiy halqadan g‘arbiy tomonda asosiy injektor qurib bitkazilgunga qadar Tevatron uchun injektor sifatida xizmat qilishda davom etdi. Oʻsha paytda maʼlum boʻlganidek, „Energiya dublyori“ oʻzining birinchi tezlashtirilgan nurini — 512 GeV — 1983-yil 3-iyulda ishlab chiqardi.

Uning dastlabki energiyasi 800 GeV ga teng 1984-yil 16-fevralda erishilgan. 1986-yil 21-oktyabrda Tevatronda tezlashuv 900 GeV ga oshirildi, 1986-yil 30-noyabrda 1,8 TeV da birinchi proton-antiproton toʻqnashuvini taʼminladi.

Asosiy halqani almashtirgan Asosiy injektor 1993-yildan olti yil davomida 290 million dollarga qurilgan eng muhim qoʻshimcha boʻldi. Tevatron kollayderi Run II 2001-yil 1-martda ushbu obyektni yangilash muvaffaqiyatli yakunlanganidan soʻng boshlandi. Oʻshandan beri nur 980 GeV energiyani etkazib berishga qodir edi.

Tevatron oʻz faoliyatini 2011-yil 30-sentyabrda toʻxtatdi. 2011-yil oxiriga kelib, CERNdagi Katta adron kollayderi (LHC) Tevatronnikidan deyarli oʻn baravar yuqori yorqinlikka erishdi (3,65  sm −2 s −1) va nur energiyasi 3,5 TeV ga teng har biri (2010-yil 18-martdan beri) Tevatronning (0,98 TeV) imkoniyatlaridan ~3,6 baravar koʻp edi.

Mexanika 
Tezlashtirish bir necha bosqichda sodir boʻldi. Birinchi bosqich 750 kV kuchlanishli Cockcroft-Walton pre-tezlatgichi boʻlib, u vodorod gazini ionlashtirdi va musbat kuchlanish yordamida yaratilgan manfiy ionlarni tezlashtirdi. Keyin ionlar 150 metr uzunlikdagi chiziqli tezlatgichga (linac) oʻtadi, u ionlarni 400 MeV ga tezlashtirish uchun tebranuvchi elektr maydonlarini ishlatdi. Keyin ionlar elektronlarni olib tashlash uchun uglerod folgasidan oʻtkaziladi. Keyingi bosqichda, zaryadlangan protonlar Boosterga joʻnatiladi.

Booster kichik halqasimon sinxrotron boʻlib, uning atrofida protonlar taxminan 8 GeV energiyaga ega boʻlish uchun 20 000 martagacha aylanadi. Boosterdan zarrachalar bir qator vazifalarni bajarish uchun 1999-yilda tugallangan asosiy injektorga yuborilgan. U protonlarni 150 GeV gacha tezlashtirishi mumkin; antiproton yaratish uchun 120 GeV proton hosil qilinadi; antiproton energiyasini 150 GeV gacha oshiriladi; va Tevatronga proton yoki antiprotonlarni kiritiladi. Antiprotonlar Antiproton Manbai tomonidan hosil qilingan. 120 GeV protonlar nikel nishoni bilan toʻqnashib, bir qator zarrachalarni, shu jumladan akkumulyator halqasida toʻplanishi va saqlanishi mumkin boʻlgan antiprotonlarni hosil qiladi. Keyin halqa antiprotonlarni asosiy injektorga oʻtkazishi mumkin edi.

Tevatron asosiy injektordan zarrachalarni 980 GeVgacha tezlashtirishi mumkin edi. Protonlar va antiprotonlar 1,96 TeV da toʻqnashish uchun CDF va DØ detektorlaridagi yoʻllarni kesib oʻtib, qarama-qarshi yoʻnalishda tezlashdi. Zarrachalarni yoʻlda ushlab turish uchun Tevatron suyuq geliyda sovutilgan 774 ta niobiy-titanli oʻta oʻtkazuvchan dipol magnitlardan foydalangan, bu esa 4,2 tesla maydon kuchiga ega. Zarrachalar tezlashgani sababli maydon taxminan 20 soniyadan koʻproq tezlikda oʻsdi. Nurni fokuslash uchun yana 240 NbTi quadrupole magnit ishlatilgan.

Tevatronning dastlabki dizayn yorqinligi 1030 sm−2 s−1 ni tashkil etdi, ammo yangilanishlardan so‘ng tezlatkich 4  sm−2 s −1 gacha yorug‘likni yetkazib bera oldi.

1993-yil 27-sentyabrda Tevatron tezlatgichining kriogen sovutish tizimi Amerika mexanik muhandislar jamiyati tomonidan Xalqaro tarixiy yodgorlik deb nomlandi. Tevatronning oʻta oʻtkazuvchan magnitlarini kriogen suyuq geliy bilan taʼminlagan tizim 1978-yilda qurib bitkazilganidan keyin mavjud boʻlgan eng katta past haroratli tizim edi. U zarrachalar nurini egib, fokuslashtirgan magnitlarning gʻaltaklarini oʻta oʻtkazuvchan holatda ushlab turdi, shunda ular normal haroratlarda talab qilinadigan quvvatning atigi 1/3 qismini isteʼmol qildilar.

Kashfiyotlar 
Tevatron nazariy zarrachalar fizikasi tomonidan bashorat qilingan bir nechta subatomik zarralar mavjudligini tasdiqladi yoki ularning mavjudligi haqida takliflar berdi. 1995-yilda CDF eksperimenti va DØ tajribasi hamkorligi Top kvark topilganligini eʼlon qildi va 2007-yilga kelib ular uning massasini (172 GeV) deyarli 1 % aniqlikda oʻlchadilar. 2006-yilda CDF hamkorligi Bs tebranishlarining birinchi oʻlchovi va sigma barionlarining ikki turini kuzatish haqida xabar berdi. 2007-yilda DØ va CDF hamkorligi „Kaskad B“ () Xi baryonning bevosita kuzatuvi haqida xabar berdi

2008-yil sentyabr oyida DØ hamkorligi  „ikki karra strange“ Omega (oʻlchangan massasi kvark modeli prognozidan sezilarli darajada yuqori boʻlgan) barion aniqlanganligi haqida xabar berdi. 2009-yil may oyida CDF hamkorligi DØ eksperimentida ishlatilganidan taxminan toʻrt baravar kattaroq maʼlumotlar namunasi tahlili asosida ni qidirish boʻyicha oʻz natijalarini eʼlon qildi. CDF tajribasidan olingan massa oʻlchovlari  edi va standart model bashoratlariga juda mos keladi va DØ tajribasidan ilgari xabar qilingan qiymatda hech qanday signal kuzatilmadi. DØ va CDF dan olingan ikkita mos kelmaydigan natijalar  ga farq qiladi yoki 6,2 standart ogʻish bilan. CDF tomonidan oʻlchangan massa va nazariy kutish oʻrtasidagi ajoyib kelishuv tufayli, bu CDF tomonidan kashf etilgan zarracha haqiqatan ham  ekanligini tasdiqlaydi. LHC tajribalarining yangi maʼlumotlari yaqin kelajakda vaziyatga oydinlik kiritishi kutilmoqda.

2012-yil 2-iyulda, Katta adron kollayderida (LHC) rejalashtirilgan eʼlondan ikki kun oldin, CDF va DØ hamkorligidagi Tevatron kollayderi olimlari 2001-yildan beri ishlab chiqarilgan 500 trillionga yaqin toʻqnashuvlar tahlili natijalarini eʼlon qilishdi. Xiggs bozonining mavjudligi 115 dan 135 GeV gacha boʻlgan hududda massaga ega edi. Kuzatilgan belgilarning statistik ahamiyati 2,9 sigma edi, yaʼni bu xususiyatlarga ega boʻlgan zarrachalar mavjud boʻlmaganda, bu kattalikdagi signal paydo boʻlishining 550dan atigi 1 ehtimoli bor edi. Tevatron maʼlumotlarining yakuniy tahlili Xiggs zarrasi mavjudligi haqidagi savolni hal qilmadi. Katta adron kollayderi olimlari 2012-yil 4-iyulda mos ravishda 125,3 ± 0,4 GeV (CMS) yoki 126 ± 0,4 GeV (ATLAS) massasi bilan aniqroq LHC natijalarini eʼlon qilganlaridagina, u yerda edi. LHC va Tevatron tomonidan oʻtkazilgan izchil oʻlchovlar orqali bu massa oraligʻida Xiggs zarrachasi mavjudligi uchun kuchli dalillar topildi.

Yana qarang 

 Bevatron
 Katta adron kollayderi
 Supero'tkazuvchi super kollayder
 Ultra yuqori energiyali kosmik nur

Manbalar

Adabiyotlar

Havolalar 

 Media related to Tevatron at Wikimedia Commons
 Live Tevatron status
 FermiLab page for Tevatron — with labelled components
 The Hunt for the Higgs at Tevatron
 Technical details of the accelerators
Kollayder
Tezlatgich