Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie. Vydavatel: AGA (Aldebaran Group for Astrophysics) Číslo 41 – vyšlo 28. října, ročník 9 (2011) © Copyright Aldebaran Group for Astrophysics Publikování nebo šíření obsahu je zakázáno. ISSN: 1214-1674, Email: bulletin@aldebaran.cz

41/2011

Tevatron

Michal Marčišovský

Urýchľovač Tevatrón v Laboratóriu FermilabFermilab – komplex urychlovačů ve Spojených státech, ve státě Illinois. Fermilab byl založen v roce 1967, prvním ředitelem se stal Robert Wilson, vynálezce mlžné komory. V roce 2011 zde byl ukončen provoz druhého největšího urychlovače světa – Tevatronu. K nejvýznamnějším objevům patří objev kvarku „b“ (1977), kvarku „t“ (1995) a tau neutrina (2000). Fermilab se zabýval výzkumem „b“ a „t“ kvarku, výrobou a výzkumem antivodíku, narušením CP symetrie, zkoumáním platnosti CPT symetrie a výzkumem řady dalších vlastností hmoty a antihmoty za vysokých energií. (Batavia, Illinois) bol mnoho rokov najvýkonnejším kolideromKolider – urychlovač, ve kterém jsou dva urychlené svazky částic nasměrovány proti sobě. Jiným užívaným systémem je namíření svazku na nepohyblivý terč. na svete, s nástupom LHCLHC – Large Hadron Collider. Urychlovač protonů na nominální energie 14 TeV. LHC byl vybudován ve středisku jaderného výzkumu CERN v tunelu po urychlovači LEP II, který má obvod 27 km. Do zkušebního provozu byl uveden v září 2008, ale zanedlouho došlo k poruše na jednom z magnetů. Urychlovač byl opětovně spuštěn v listopadu 2009. Od března 2010 probíhal fyzikální program na energii 7 TeV. V roce 2012 byl na urychlovači objeven Higgsův boson. Provoz na energiích blízkých nominální probíhá od roku 2015. boli jeho dni spočítané a koncom septembra 2011 ukončil svoj fyzikálny program. Jeho výsledky sa zapísali do dejín fyziky ako u žiadneho urýchľovača pred ním. Tevatrón sa dožil úctyhodných 25 rokov od prvých zrážok a predal štafetu do Európy.

Tevatron 1983–2011

Fermilab – komplex urychlovačů ve Spojených státech, ve státě Illinois. Fermilab byl založen v roce 1967, prvním ředitelem se stal Robert Wilson, vynálezce mlžné komory. V roce 2011 zde byl ukončen provoz druhého největšího urychlovače světa – Tevatronu. K nejvýznamnějším objevům patří objev kvarku „b“ (1977), kvarku „t“ (1995) a tau neutrina (2000). Fermilab se zabýval výzkumem „b“ a „t“ kvarku, výrobou a výzkumem antivodíku, narušením CP symetrie, zkoumáním platnosti CPT symetrie a výzkumem řady dalších vlastností hmoty a antihmoty za vysokých energií. Tevatron – synchrotron postavený ve Fermilabu v Batávii, ve státě Illinois. Do zprovoznění LHC v CERN šlo o největší urychlovač tohoto typu na světě, protony a antiprotony byl schopen v  prstenci o obvodu 6,3 km urychlit až na energii 1 TeV. Šlo o kolider, jehož vstřícné svazky měly v těžišťové soustavě energii 1,96 TeV. Tevatron byl dostaven v roce 1983 a stál 120 milionů USD. Další velkou investicí byl hlavní injektor za 290 milionů USD přidaný v letech 1994 až 1999. Provoz Tevatronu byl ukončen v roce 2011.

V roku 1979 americké ministerstvo energetiky (Department of Energy) autorizovalo stavbu supravodivého kolideruKolider – urychlovač, ve kterém jsou dva urychlené svazky částic nasměrovány proti sobě. Jiným užívaným systémem je namíření svazku na nepohyblivý terč. v laboratóriu FermilabFermilab – komplex urychlovačů ve Spojených státech, ve státě Illinois. Fermilab byl založen v roce 1967, prvním ředitelem se stal Robert Wilson, vynálezce mlžné komory. V roce 2011 zde byl ukončen provoz druhého největšího urychlovače světa – Tevatronu. K nejvýznamnějším objevům patří objev kvarku „b“ (1977), kvarku „t“ (1995) a tau neutrina (2000). Fermilab se zabýval výzkumem „b“ a „t“ kvarku, výrobou a výzkumem antivodíku, narušením CP symetrie, zkoumáním platnosti CPT symetrie a výzkumem řady dalších vlastností hmoty a antihmoty za vysokých energií.. Stavba pokračovala rýchlo a už v marci 1983 prebehla inštalácia posledného zo 774 supravodivých magnetov a len štyri mesiace na to TevatrónTevatron – synchrotron postavený ve Fermilabu v Batávii, ve státě Illinois. Do zprovoznění LHC v CERN šlo o největší urychlovač tohoto typu na světě, protony a antiprotony byl schopen v  prstenci o obvodu 6,3 km urychlit až na energii 1 TeV. Šlo o kolider, jehož vstřícné svazky měly v těžišťové soustavě energii 1,96 TeV. Tevatron byl dostaven v roce 1983 a stál 120 milionů USD. Další velkou investicí byl hlavní injektor za 290 milionů USD přidaný v letech 1994 až 1999. Provoz Tevatronu byl ukončen v roce 2011. (názov dostal podľa nominálnej energie zrážok rádovo TeVElektronvolt – jednotka energie. Jde o energii, kterou získá elektron urychlením v potenciálovém rozdílu jeden volt, 1 eV = 1,6×10⁻¹⁹ J. V jaderné fyzice se používají spíše větší násobky této jednotky, kiloelektronvolt keV (10³ eV), megaelektronvolt MeV (10⁶ eV), gigaelektronvolt GeV (10⁹ eV), teraelektronvolt TeV (10¹² eV) nebo petaelektronvolt PeV (10¹⁵ eV). V těchto jednotkách se také vyjadřuje hmotnost (E=mc²) a teplota (E=k_BT). Jeden elektronvolt odpovídá teplotě přibližně 11 600 K., ako je americkým zvykom) dosiahol svetový rekord v energii urýchlených častíc – 512 GeV za mohutných protestov prorokov apokalypsy predpovedajúcich koniec sveta. Vo svojich počiatkoch fungoval ako urýchľovač pre experimenty s pevným terčom, dokončením inštalácie aparatúry na výrobu antiprotónov (1985) sa z neho stal protón-antiprotónový kolider. Vtedy dosiahol ťažiskovú energiu zrážky 1 600 GeV a mal jediný detektor, CDFCDF – Collider Detector at Fermilab, jeden ze dvou velkých detektorů na urychlovači Tevatron. CDF měl tvar krychle o hraně 12 m a vážil 6 000 tun. Více než 500 fyziků pracovalo na detektoru, kde byly objeveny kvarky „b“ (bottom) a „t“ (top). Dobíhajícím projektem je intenzívní hledání Higgsova bosonu v již nasbíraných datech. Brzy ho ale v množství nasbíraných dat předběhnou experimenty na urychlovači LHC..

Trvalo dlhých 7 rokov kým sa nazbierala operačná skúsenosť a optimalizovali parametre zväzku. V roku 1992 bol nainštalovaný nový detektor D0D-Zero – D0, DØ, DZERO, jeden ze dvou velkých detektorů na urychlovači Tevatron. D0 pracoval již od roku 1992 a zaměstnával přibližně 550 vědců z osmnácti zemí světa. Detektor měl rozměry 9×9×15 m a vážil kolem 5 000 tun. Mezi největší objevy patří objev „b“ (bottom) kvarku, „t“ (top) kvarku a exotických baryonů Ξ_b a částice Ω_b. V posledních letech se na Tevatronu zkoumalo narušení CP symetrie. Pomocí dat z D0 byl výrazně omezen rozsah možných hmotností Higgsovy částice. a začal fyzikálny program prvého štádia (Run I) s ťažiskovou energiou zrážky 1 800 GeVElektronvolt – jednotka energie. Jde o energii, kterou získá elektron urychlením v potenciálovém rozdílu jeden volt, 1 eV = 1,6×10⁻¹⁹ J. V jaderné fyzice se používají spíše větší násobky této jednotky, kiloelektronvolt keV (10³ eV), megaelektronvolt MeV (10⁶ eV), gigaelektronvolt GeV (10⁹ eV), teraelektronvolt TeV (10¹² eV) nebo petaelektronvolt PeV (10¹⁵ eV). V těchto jednotkách se také vyjadřuje hmotnost (E=mc²) a teplota (E=k_BT). Jeden elektronvolt odpovídá teplotě přibližně 11 600 K.. Prvá fyzikálna kampaň prebiehala do roku 1996 a počas následnej odstávky trvajúcej 5 rokov sa vylepšil nielen Tevatrón (vyššia energia a intenzita zväzku), ale aj jeho predurýchľovacie stupne (bol pridaný injektor a recyklátor). Počas odstávky sa podstatne modernizovali detektory. V roku 2001 sa začala nová fyzikálna kampaň Run II so zvýšenou ťažiskovou energiou zrážok 1 960 GeV.

Letecký pohľad na skupinu urýchľovačov v laboratóriu Fermilab.

Konfigurácia komplexu urýchľovačov počas fázy Run II.

Schéma urýchľovacieho komplexu nie je nepodobná urýchľovačom v CERNeCERN – Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire, Evropské centrum jaderného výzkumu. Komplex urychlovačů a laboratoří na pomezí Švýcarska a Francie založený v roce 1954. Na výzkumu se podílí 22 členských zemí včetně České republiky. K největším objevům patří detekce polních částic slabé interakce, příprava antivodíku a vytvoření kvarkového-gluonového plazmatu, pralátky, z níž vznikal vesmír. V současné době je zde vybudován největší urychlovač světa – Large Hadron Collider, který byl po závadě na jednom z magnetů opětovně spuštěn na konci roku 2009. V roce 2012 byl na LHC objeven Higgsův boson, poslední částice standardního modelu. V CERNu byl také vynalezen a poprvé použit Web.. Urýchľovací komplex umožňuje pestrý fyzikálny program počínajúc neutrínovýmiNeutrina – částice, které nemají elektrický náboj, neinteragují ani silně ani elektromagneticky, a proto látkou většinou procházejí. Spolu s elektrony patří do rodiny tzv. leptonů. Neutrina známe ve třech provedeních – elektronová, mionová a tauonová. Alespoň jedno z neutrin má nenulovou klidovou hmotnost, a proto dochází k tzv. oscilacím neutrin, samovolné přeměně mezi jednotlivými typy. zväzkami generovanými protónmi s energiou 8 a 120 GeVElektronvolt – jednotka energie. Jde o energii, kterou získá elektron urychlením v potenciálovém rozdílu jeden volt, 1 eV = 1,6×10⁻¹⁹ J. V jaderné fyzice se používají spíše větší násobky této jednotky, kiloelektronvolt keV (10³ eV), megaelektronvolt MeV (10⁶ eV), gigaelektronvolt GeV (10⁹ eV), teraelektronvolt TeV (10¹² eV) nebo petaelektronvolt PeV (10¹⁵ eV). V těchto jednotkách se také vyjadřuje hmotnost (E=mc²) a teplota (E=k_BT). Jeden elektronvolt odpovídá teplotě přibližně 11 600 K., cez zmes experimentov s pevným terčom (fixed target), a samozrejme vlajkovou loďou Tevatrónom.

Na rozdiel od LHCLHC – Large Hadron Collider. Urychlovač protonů na nominální energie 14 TeV. LHC byl vybudován ve středisku jaderného výzkumu CERN v tunelu po urychlovači LEP II, který má obvod 27 km. Do zkušebního provozu byl uveden v září 2008, ale zanedlouho došlo k poruše na jednom z magnetů. Urychlovač byl opětovně spuštěn v listopadu 2009. Od března 2010 probíhal fyzikální program na energii 7 TeV. V roce 2012 byl na urychlovači objeven Higgsův boson. Provoz na energiích blízkých nominální probíhá od roku 2015., kde sa zrážajú protónyProton – částice složená ze tří kvarků (duu) se spinem 1/2, hmotností 1,673×10⁻²⁷ kg (938 MeV) a elektrickým nábojem +1,6×10⁻¹⁹ C. Proton je na běžných časových škálách stabilní, pokud se rozpadá, je poločas rozpadu větší než 10³⁵ let. Za objevitele protonu je považován Ernest Rutherford, který v roce 1911 objevil atomové jádro při analýze rozptylu částice alfa pronikající tenkou zlatou fólií. Samotná jádra vodíku (protony) detekoval v roce 1918 při ostřelování dusíku částicemi alfa. Antiproton byl objeven v roce 1955 Emilio Segrem a Owenem Chamberlainem. s protónmi, sa v Tevatróne zrážali protóny s antiprotónmiAntiproton – antičástice k protonu. Je stabilní, nicméně rychle anihiluje s okolní látkou. Antiproton byl objeven v roce 1955 Emiliem Segrém a Owenem Chamberlainem, kteří za tento objev získali Nobelovu cenu za fyziku pro rok 1959., čo prinieslo výhodu potreby iba jednej evakuovanej zväzkovej trubice a jedného magnetického systému pre zväzky, na oddelenie dráh zhlukov z rôznym nábojom mimo interakčné miesto slúžili elektrostatické separátory.

Protóny začínali svoju púť v Cockroft-Waltonovom urýchľovači, kde dosahovali energiu 750 keV, odtiaľ putovali do Linacu, ktorý ich urýchlil na 400 MeV. Protóny s energiou 8 GeV z Boosteru boli injektované do Hlavného injektoru (Main Injector), kde sa urýchlili na energiu 120 GeV pre experimenty s pevným terčom a 150 GeV pre injekciu do Tevatrónu. Injektor má obvod 3 300 m a je to synchrotrón so silnou fokusáciou pomocou FODO (FOcusing-DefOcusing) mriežky. Po ukončení činnosti Tevatrónu sa využíva hlavne na produkciu neutrínovýchNeutrina – částice, které nemají elektrický náboj, neinteragují ani silně ani elektromagneticky, a proto látkou většinou procházejí. Spolu s elektrony patří do rodiny tzv. leptonů. Neutrina známe ve třech provedeních – elektronová, mionová a tauonová. Alespoň jedno z neutrin má nenulovou klidovou hmotnost, a proto dochází k tzv. oscilacím neutrin, samovolné přeměně mezi jednotlivými typy. zväzkov.

Antiprotónový zdroj má 3 hlavné časti: terč, Odzhlukovač (Debuncher) a Akumulátor. Antiprotóny sa vyrábajú nárazom protónových zväzkov z Injektora o energii 120 GeV na terč, spŕška vygenerovaných nabitých sekundárnych častíc sa fokusuje magnetickou optikou a častice vybrané magnetickým spektrometrom s energiou zhruba 8 GeV sa privedú do Odzhlukovača, kde sa zväzok pripraví na akumuláciu. Cestu prežijú iba antiprotóny. Ich výroba je časovo a energeticky náročná, a preto je nutný akumulačný prstenec, kde sa pripraví dostatočné množstvo antiprotónov na naplnenie Tevatrónu.

V Akumulátori sa využíva mechanizmus stochastického chladenia zväzkov na úpravu spektra hybností a dráh (zmenšenie fázového priestoru orbitujúcich častíc – emitancie zväzku), podobne ako na kolideri SppS (predchodca SPSSPS – Super Proton Synchrotron, jeden z urychlovačů v Evropském středisku jaderného výzkumu CERN. Dosažitelná energie je 400 GeV/proton. Urychlovač je v provozu od roku 1976. Na přelomu roku 1983 a 1984 zde byly objeveny polní bosony slabé interakce a v roce 2000 zde bylo poprvé připraveno kvarkové-gluonové plazma (zárodečná polévka, ze které vznikal vesmír).). Recyklátor je väčší ako Akumulátor a nachádza sa v tuneli s Injektorom. Bol postavený pri modernizácii na Run II. Využíva permanentné magnety a jeho účel je akumulácia asi 450×10¹⁰ antiprotónov. Túto hodnotu dosiahne asi po 12 hodinách akumulácie. V roku 2005 bol vylepšený pridaním systému na elektrónové chladenie antiprotónov, ktoré ďalej zmenšuje emitanciu zväzku a umožňuje tak zvýšiť jeho intenzitu.

Častice na stabilných dráhach udržiavalo magnetické pole NbNiob – Niobium, přechodový kovový prvek, který nachází využití v elektronice a metalurgii při výrobě speciálních slitin. Při teplotách nižších než 9,26 K a magnetických polích pod 410 mT je supravodivý. Niob byl objeven roku 1801 Charlesem Hatchttem v minerálu kolumbitu a byl pojmenován podle Niobe, dcery bájného krále Tantala.-TiTitan (prvek) – Titanium, šedý až stříbřitě bílý lehký kov, poměrně hojně zastoupený v zemské kůře. Je poměrně tvrdý a mimořádně odolný proti korozi. Jeho výrazně většímu technologickému uplatnění brání doposud vysoká cena výroby čistého kovu. Hlavní uplatnění nalézá jako složka různých slitin a protikorozních ochranných vrstev, ve formě chemických sloučenin slouží často jako složka barevných pigmentů. Titan byl objeven roku 1791 anglickým chemikem Williamem Gregorem. supravodičaSupravodivost – supravodivost objevil v roce 1911 Kamerlingh-Onnes, který zjistil, že při ochlazení rtuti pod teplotu 4,2 K dochází k prudkému poklesu elektrického odporu až na milióntinu původní hodnoty. Za tento objev obdržel v roce 1913 Nobelovu cenu za fyziku, ale ještě dlouho trvalo, než se podařilo vysvětlit, proč se elektrony v ochlazeném materiálu pohybují bez odporu. chladeného tekutým héliomHelium – plynný chemický prvek, patřící mezi vzácné plyny a tvořící druhou nejvíce zastoupenou složku vesmírné hmoty. Bezbarvý plyn, bez chuti a zápachu, chemicky zcela inertní. Francouzský astronom Pierre Janssen objevil helium ze spektrální analýzy sluneční korony. V roce 1895 se britskému chemikovi Williamu Ramsayovi podařilo izolovat plynné helium na Zemi. Je pojmenované po starořeckém bohu Slunce, Héliovi.. Intenzita protónových zhlukov bola asi 3×10¹¹ protónov, intenzita antiprotónových zhlukov o rád menšia. Zväzky mali konfiguráciu 36 zhlukov protónov a 36 zhlukov antiprotónov obiehajúcich v protismere zrážajúcich sa v miestach D0 a B0 prstenca, kde sú umiestnené detektory D0D-Zero – D0, DØ, DZERO, jeden ze dvou velkých detektorů na urychlovači Tevatron. D0 pracoval již od roku 1992 a zaměstnával přibližně 550 vědců z osmnácti zemí světa. Detektor měl rozměry 9×9×15 m a vážil kolem 5 000 tun. Mezi největší objevy patří objev „b“ (bottom) kvarku, „t“ (top) kvarku a exotických baryonů Ξ_b a částice Ω_b. V posledních letech se na Tevatronu zkoumalo narušení CP symetrie. Pomocí dat z D0 byl výrazně omezen rozsah možných hmotností Higgsovy částice. a CDFCDF – Collider Detector at Fermilab, jeden ze dvou velkých detektorů na urychlovači Tevatron. CDF měl tvar krychle o hraně 12 m a vážil 6 000 tun. Více než 500 fyziků pracovalo na detektoru, kde byly objeveny kvarky „b“ (bottom) a „t“ (top). Dobíhajícím projektem je intenzívní hledání Higgsova bosonu v již nasbíraných datech. Brzy ho ale v množství nasbíraných dat předběhnou experimenty na urychlovači LHC.. Energia častíc v zhluku bola 980 GeV a energia zrážky teda 1 960 GeV.

Tevatrón mal dva hlavné experimenty: CDFCDF – Collider Detector at Fermilab, jeden ze dvou velkých detektorů na urychlovači Tevatron. CDF měl tvar krychle o hraně 12 m a vážil 6 000 tun. Více než 500 fyziků pracovalo na detektoru, kde byly objeveny kvarky „b“ (bottom) a „t“ (top). Dobíhajícím projektem je intenzívní hledání Higgsova bosonu v již nasbíraných datech. Brzy ho ale v množství nasbíraných dat předběhnou experimenty na urychlovači LHC. (Collider Detector at Fermilab) a D0D-Zero – D0, DØ, DZERO, jeden ze dvou velkých detektorů na urychlovači Tevatron. D0 pracoval již od roku 1992 a zaměstnával přibližně 550 vědců z osmnácti zemí světa. Detektor měl rozměry 9×9×15 m a vážil kolem 5 000 tun. Mezi největší objevy patří objev „b“ (bottom) kvarku, „t“ (top) kvarku a exotických baryonů Ξ_b a částice Ω_b. V posledních letech se na Tevatronu zkoumalo narušení CP symetrie. Pomocí dat z D0 byl výrazně omezen rozsah možných hmotností Higgsovy částice. (pomenovaný podľa interakčného miesta na urýchľovači). Tieto detektory sa vzájomne doplňovali a zároveň overovali namerané výsledky. Štruktúra detektorov bola podobná experimentom na LHCLHC – Large Hadron Collider. Urychlovač protonů na nominální energie 14 TeV. LHC byl vybudován ve středisku jaderného výzkumu CERN v tunelu po urychlovači LEP II, který má obvod 27 km. Do zkušebního provozu byl uveden v září 2008, ale zanedlouho došlo k poruše na jednom z magnetů. Urychlovač byl opětovně spuštěn v listopadu 2009. Od března 2010 probíhal fyzikální program na energii 7 TeV. V roce 2012 byl na urychlovači objeven Higgsův boson. Provoz na energiích blízkých nominální probíhá od roku 2015., viz ATLASATLAS – A Toroidal LHC ApparatuS, detektor pro urychlovač LHC s hmotností 7 000 tun umístěný 100 metrů pod zemí. Jde o multifunkční detektor, který je mj. schopen detekovat Higgsovy bosony. Délka zařízení je 44 metrů, magnetické pole cívky vychylující nabité částice 2 T., AB 25/2006.

Schéma detektora D0.

Schéma detektora CDF.

Skutočná podoba detektorov CDF a D0.

Posledných niekoľko rokov Tevatrón bojoval o zmenšujúce sa zdroje financovania kvôli vznikajúcej a neporaziteľnej konkurencii, ktorou bol urýchľovač LHCLHC – Large Hadron Collider. Urychlovač protonů na nominální energie 14 TeV. LHC byl vybudován ve středisku jaderného výzkumu CERN v tunelu po urychlovači LEP II, který má obvod 27 km. Do zkušebního provozu byl uveden v září 2008, ale zanedlouho došlo k poruše na jednom z magnetů. Urychlovač byl opětovně spuštěn v listopadu 2009. Od března 2010 probíhal fyzikální program na energii 7 TeV. V roce 2012 byl na urychlovači objeven Higgsův boson. Provoz na energiích blízkých nominální probíhá od roku 2015.. Dňa 30. 9. 2011 prebehli posledné zrážky. Nazbieraná dáta z detektorov sa však budú ešte niekoľko rokov analyzovať a výsledky sa doplňujú s experimentmi na LHC.

Význačné objavy

V roku 2000 experiment DONUT (Direct Observation of the Nu Tau) publikoval objav tau neutrínaNeutrino tauonové – doprovází tauon (supertěžký elektron) při slabých procesech. Bylo objeveno v laboratoři Fermilab v roce 1999 v experimentu DONUT (Do Nu Tau). Z objevitelského týmu jmenujme alespoň Phillipa Marvina Yagera a Vittorio Paoloneho., posledného objaveného leptónuLeptony – skupina částic, mezi které patří elektron, těžký elektron (mion) a supertěžký elektron (tauon) a jejich neutrina (elektronové, mionové a tauo­nové). Tyto částice nepodléhají silné interakci, ale jen slabé a elektro­mag­ne­tické (pokud jsou nabité).. Neutrína boli pozorované v rozpade D_s mezónovMezon – částice složená z jednoho kvarku a jednoho antikvarku. Název vznikl z toho, že první objevené mezony měly hmotnost „mezi“ hmotností elektronu a protonu. Pokud se kvarky složí s nesouhlasným spinem, vznikne skalární mezon (má nulový spin), pokud se souhlasným spinem vznikne vektorový mezon (spin má roven jedné). Skalární mezony zkombinované z kvarků „d“ a „u“ nazýváme piony, vektorové róony. Pokud mezon obsahuje kvark „s“, nazývá se kaon. (obsahujúce c a s kvark a antikvark), ktoré sa produkovali pomocou zväzku Tevatrónu o energii 800 GeV (Run I) dopadajúceho na terčík.

Najznámejším objavom bol v roku 1995 top kvarkKvarky – částice, ze kterých jsou tvořeny těžké částice s vnitřní strukturou (hadrony). Hadrony dělíme na baryony složené ze tří kvarků (například protony a neutrony) a na mezony tvořené kvarkem a antikvarkem (například piony). Kvarky se dělí do tří generací, první tvoří kvarky „d“ (down) a „u“ (up), druhou kvarky „s“ (strange) a „c“ (charm) a třetí kvarky „b“ (bottom nebo beauty) a „t“ (top nebo truth). Kvarky mají neceločíselné (třetinové a dvoutřetinové) elektrické náboje. Jsou také nositeli barevného náboje silné interakce.. Jeho existencia bola predpovedaná spolu s b kvarkom v roku 1973 Kobayashim a Maskawou ako tretia generácia kvarkov. Top kvark je výnimočný medzi ostatnými kvarkami, je to najťažšia doteraz známa častica Štandardného ModeluStandardní model – současný obecně přijímaný model částic a interakcí. Obsahuje kvarky, leptony, polní částice jednotlivých interakcí (fotony, gluony, W⁺,  W⁻, Z⁰) a Higgsovu částici jakožto zdroj hmotnosti ostatních částic a narušení symetrie elektroslabé interakce. Součástí modelu není gravitační interakce. Standardní model je vybudován na základě kvantové teorie pole. s hmotnosťou 172,9±1.5 GeV a žije iba asi 5×10⁻²⁵ s, čo je príliš krátka doba, než aby zafungovala silná interakciaSilná interakce – interakce krátkého dosahu, přibližně 10⁻¹⁵ m. Silná interakce je výběrová, působí jen na částice s barevným nábojem, tj. kvarky. Polními částicemi silné interakce jsou gluony (z anglického „glue“ = lepit, lepidlo). Gluony spojují kvarky do větších celků, tzv. hadronů. Nejznámější jsou proton a neutron složený ze tří kvarků. Silná interakce je odpovědná za soudržnost atomárního jádra. Polní částice mají barevný náboj a proto mohou působit samy na sebe. Barevný náboj na malých vzdálenostech (při vysokých energiích) slábne a kvarky se chovají jako volné částice. Hovoříme o tzv. asymptotické volnosti kvarků. Teorií silné interakce se nazývá kvantová chromodynamika (QCD). a vytvoril hadrónHadrony – částice složené z kvarků, které interagují silnou a slabou jadernou interakcí, pokud jsou nabité, také elektromagneticky. Dělíme je na mezony složené z kvarku a antikvarku a baryony složené ze tří kvarků různých barev. Název je odvozeninou z řeckého hadros (silný, těžký). K nejznámějším mezonům patří piony, k nejznámějším baryonům neutron a proton. Hmotnosti hadronů převyšují hmotnost elektronů o několik řádů. Jejich interakce s látkovým prostředím se výrazně liší jak od elektronů, tak i od fotonů.. Rozpadá sa skoro vždy pomocou slabej interakcieSlabá interakce – interakce s konečným dosahem, který je přibližně 10^–17 m. Působí pouze na levotočivé kvarky a leptony. Polními částicemi jsou vektorové bosony W⁺, W⁻ a Z⁰ se spinem rovným jedné. Hmotnosti částic jsou v rozmezí (80÷90) GeV. Typickým slabým procesem je například beta rozpad neutronu. Teorie slabé interakce se nazývá kvantová flavourdynamika (QFD). na b kvark. Pretože sa stihne rozpadnúť než zhadronizuje, je zaujímavé laboratórium na skúmanie vlastností nahých kvarkov.

Jedna z prvých zaznamenaných kandidátov udalostí (z roku 1992) produkcie top kvarku pri pp zrážkach na Tevatróne. Top kvark vznikne pri zrážke najčastejšie v páre s antitop kvarkom. Obrázok znázorňuje konečné stavy rozpadu; top kvark sa rozpadol na W⁺ a b kvark, W⁺ sa rozpadlo na pár pozitrón a jeho antineutríno a b kvark vytvoril ďalší jet. Antitop sa rozpadol na W⁻ a anti-b kvark, tentokrát však W- sa rozpadlo na pár ľahkých kvarkov ktoré ďalej pri svojej ceste dali vznik takzvanému jetu („výtrysku“ kolimovaných častíc hadrónovej spŕšky). Neutríno sa detekuje ako chýbajúca hybnosť pomocou pravidla zachovania transverzálnej hybnosti v smere kolmom na zväzok. Jety od b-kvarkov sa dajú poznať od jetov ľahkých kvarkov podľa vzdialenosti rozpadu B-mezónu od miesta zrážky, B mezóny preletia relatívne veľkú vzdialenosť, než sa rozpadnú.

Rok	Objav
1998	objav Bc mezónu
1999	pozorovanie narušenia CP symetrie u rozpadov neutrálnych kaónov
2006	objav oscilácie Bs mezónov, analogický osciláciám neutrálnych kaónov
2006	objav Σb baryónu
2007	objav Ξb baryónu
2009	objav Ωb baryónu
2011	objav Xb baryónu

Stručná história objavovaní nových hadrónov a ich vlastností
na Tevatróně a jeho detektoroch.

Experimenty D0D-Zero – D0, DØ, DZERO, jeden ze dvou velkých detektorů na urychlovači Tevatron. D0 pracoval již od roku 1992 a zaměstnával přibližně 550 vědců z osmnácti zemí světa. Detektor měl rozměry 9×9×15 m a vážil kolem 5 000 tun. Mezi největší objevy patří objev „b“ (bottom) kvarku, „t“ (top) kvarku a exotických baryonů Ξ_b a částice Ω_b. V posledních letech se na Tevatronu zkoumalo narušení CP symetrie. Pomocí dat z D0 byl výrazně omezen rozsah možných hmotností Higgsovy částice. a CDFCDF – Collider Detector at Fermilab, jeden ze dvou velkých detektorů na urychlovači Tevatron. CDF měl tvar krychle o hraně 12 m a vážil 6 000 tun. Více než 500 fyziků pracovalo na detektoru, kde byly objeveny kvarky „b“ (bottom) a „t“ (top). Dobíhajícím projektem je intenzívní hledání Higgsova bosonu v již nasbíraných datech. Brzy ho ale v množství nasbíraných dat předběhnou experimenty na urychlovači LHC. tiež spresnili mnoho predchádzajúcich meraní vlastností už známych častíc Štandardného ModeluStandardní model – současný obecně přijímaný model částic a interakcí. Obsahuje kvarky, leptony, polní částice jednotlivých interakcí (fotony, gluony, W⁺,  W⁻, Z⁰) a Higgsovu částici jakožto zdroj hmotnosti ostatních částic a narušení symetrie elektroslabé interakce. Součástí modelu není gravitační interakce. Standardní model je vybudován na základě kvantové teorie pole.. Z nepriamych meraní bola vymedzená oblasť hmotností, kde sa môže nachádzať Higgsov bozónHiggsovy částice – částice, které se objevují ve sjednocené teorii elektromagnetické a slabé interakce (tzv. elektroslabé interakce) standardního modelu. Částice a jim odpovídající Higgsovo pole zde zajišťují nenulovou hmotnost polních částic slabé interakce a způsobují narušení symetrie elektroslabé interakce při energiích nižších než 100 GeV. Částice jsou pojmenovány podle skotského fyzika Petera Higgse. Tento mechanizmus nazýváme Higgsův mechanizmus a je aplikovatelný i na jiné částice. Existence Higgsovy částice byla s největší pravděpodobností potvrzena v červenci 2012 na dvou detektorech urychlovače LHC v CERNu. O Higgsově částici se často hovoří jako o Higgsově bosonu, Higgsově poli či jen higgsi.. Skončením éry Tevatrónu sa skúmanie hraníc poznania presunulo do Európy, americký program výskumu elementárnych častíc sa preorientuje na skúmanie vzácnych interakcií známych častíc, najmä neutrínNeutrina – částice, které nemají elektrický náboj, neinteragují ani silně ani elektromagneticky, a proto látkou většinou procházejí. Spolu s elektrony patří do rodiny tzv. leptonů. Neutrina známe ve třech provedeních – elektronová, mionová a tauonová. Alespoň jedno z neutrin má nenulovou klidovou hmotnost, a proto dochází k tzv. oscilacím neutrin, samovolné přeměně mezi jednotlivými typy.. Do roku 2014 majú vzniknúť nové neutrínové experimenty NOυA a MicroBooNE (viz AB 37/2011). V budúcnosti sa plánuje vo FermilabeFermilab – komplex urychlovačů ve Spojených státech, ve státě Illinois. Fermilab byl založen v roce 1967, prvním ředitelem se stal Robert Wilson, vynálezce mlžné komory. V roce 2011 zde byl ukončen provoz druhého největšího urychlovače světa – Tevatronu. K nejvýznamnějším objevům patří objev kvarku „b“ (1977), kvarku „t“ (1995) a tau neutrina (2000). Fermilab se zabýval výzkumem „b“ a „t“ kvarku, výrobou a výzkumem antivodíku, narušením CP symetrie, zkoumáním platnosti CPT symetrie a výzkumem řady dalších vlastností hmoty a antihmoty za vysokých energií. stavba ILC (viz AB 15/2008) – medzinárodného lineárneho kolideru a tiež miónovéhoMion – těžký elektron, hmotnost má 207 m_e. Střední doba života je přibližně 2×10⁻⁶ s. Těžký elektron se rozpadá na stabilní elektron, elektronové antineutrino a mionové neutrino. Mion se vyskytuje v sekundárních sprškách z kosmického záření. Mion byl objeven C. Andersonem v kosmickém záření za pomoci mlžné komory v roce 1936. kolideru.

Animace týdne: Tevatron se loučí

Tevatron se loučí. V pátek dne 30. září 2011 byl ukončen provoz jednoho z největších urychlovačů světa, Tevatronu, který byl uveden do provozu v blízkosti Chicaga v roce 1983. Za 28 let práce v něm byla objevena řada elementárních částic včetně tau neutrina nebo top kvarku. Urychlovač měl obvod 6,4 kilometru a po dlouhá léta byl vůbec největším urychlovačem světa, na kterém bylo možné ve vstřícných svazcích urychlit protony a antiprotony na energii 1 teraelektronvolt. Ukončení provozu souviselo s uvedení do provozu urychlovače LHC (Velký hadronový kolider) ve Středisku evropského jaderného výzkumu CERN v blízkosti Ženevy, na kterém bude možné dosáhnout energie až 7 TeV v jednom svazku. Ještě po několik let se budou zpracovávat záznamy vědeckých dat pořízených tímto jedinečným přístrojem. Zdroj: Rob Snihur, Maria Scileppi. (7 MB, mp4)

Odkazy