El Bevatron era un acelerador de partículas (específicamente, un sincrotrón de protones de enfoque débil ) en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley , EE. UU., que comenzó a funcionar en 1954. [1] El antiprotón fue descubierto allí en 1955, lo que resultó en el Premio Nobel de Física de 1959 por Emilio Segré y Owen Chamberlain . [2] Aceleró protones hacia un objetivo fijo y recibió su nombre por su capacidad de impartir energías de miles de millones de eV ("miles de millones de eV sincrotrón").
En el momento en que se diseñó el Bevatron, se sospechaba fuertemente, pero no se sabía, que cada partícula tenía una antipartícula correspondiente de carga opuesta, idéntica en todos los demás aspectos, una propiedad conocida como simetría de carga . El antielectrón, o positrón , se observó por primera vez a principios de la década de 1930 y se entendió teóricamente como consecuencia de la ecuación de Dirac aproximadamente al mismo tiempo. Después de la Segunda Guerra Mundial, se observaron muones y piones positivos y negativos en interacciones de rayos cósmicos observadas en cámaras de niebla y pilas de emulsiones fotográficas nucleares . El Bevatron fue construido para tener suficiente energía para crear antiprotones y así probar la hipótesis de que cada partícula tiene su correspondiente antipartícula. [3] En 1955, se descubrió el antiprotón utilizando el Bevatron. [4] El antineutrón fue descubierto poco después por el equipo de Bruce Cork , Glen Lambertson, Oreste Piccioni y William Wenzel en 1956, [5] también en el Bevatron. La confirmación de la conjetura de la simetría de carga en 1955 llevó a que Emilio Segrè y Owen Chamberlain recibieran el Premio Nobel de Física en 1959. [4]
Poco después de que Bevatron comenzara a utilizarse, se reconoció que la paridad no se conservaba en las interacciones débiles , lo que condujo a la resolución del rompecabezas tau-theta , la comprensión de la extrañeza y el establecimiento de la simetría CPT como una característica básica de la teoría cuántica relativista . teorías de campo .
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Para crear antiprotones (masa ~938 MeV / c 2 ) en colisiones con nucleones en un objetivo estacionario y al mismo tiempo conservar tanto la energía como el momento, se requiere una energía del haz de protones de aproximadamente 6,2 GeV . En el momento en que se construyó, no se conocía ninguna forma de confinar un haz de partículas a una abertura estrecha, por lo que el espacio del haz tenía aproximadamente cuatro pies cuadrados de sección transversal. [6] La combinación de apertura del haz y energía requería un enorme imán de hierro de 10.000 toneladas y un sistema de vacío muy grande.
Se utilizó un gran sistema de motor-generador para aumentar el campo magnético en cada ciclo de aceleración. Al final de cada ciclo, después de usar o extraer el haz, la energía del gran campo magnético regresaba para hacer girar el motor, que luego se usaba como generador para alimentar el siguiente ciclo, conservando energía; todo el proceso requirió unos cinco segundos. El característico sonido de subida, bajada y gemido del sistema motor-generador se podía oír en todo el complejo cuando la máquina estaba en funcionamiento.
En los años posteriores al descubrimiento del antiprotón, se realizaron muchos trabajos pioneros aquí utilizando haces de protones extraídos del propio acelerador, para alcanzar objetivos y generar haces secundarios de partículas elementales, no sólo protones sino también neutrones, piones , " partículas extrañas " y muchos otros.
Los haces de partículas extraídos, tanto los protones primarios como los secundarios, podrían a su vez pasar para su posterior estudio a través de varios objetivos y detectores especializados, en particular la cámara de burbujas de hidrógeno líquido . Se fotografiaron, midieron y estudiaron en detalle muchos miles de interacciones de partículas, o "eventos", con un sistema automatizado de grandes máquinas de medición (conocidas como "Franckensteins", por su inventor Jack Franck) [7] que permitía a los operadores humanos (normalmente los esposas de estudiantes de posgrado) para marcar puntos a lo largo de las pistas de partículas y marcar sus coordenadas en tarjetas IBM, usando un pedal. Luego, las barajas de cartas fueron analizadas por computadoras de primera generación, que reconstruyeron las pistas tridimensionales a través de los campos magnéticos y calcularon los momentos y la energía de las partículas. Luego, programas informáticos, extremadamente complejos para su época, adaptaron los datos de seguimiento asociados con un evento determinado para estimar las energías, masas e identidades de las partículas producidas.
Este período, en el que se revelaron repentinamente cientos de nuevas partículas y estados excitados, marcó el comienzo de una nueva era en la física de partículas elementales. Luis Álvarez inspiró y dirigió gran parte de este trabajo, por el que recibió el Premio Nobel de Física en 1968.
El Bevatron recibió una nueva vida en 1971, [8] cuando se unió al acelerador lineal SuperHILAC como inyector de iones pesados. [9] La combinación fue concebida por Albert Ghiorso , quien la llamó Bevalac. [10] Podría acelerar una amplia gama de núcleos estables a energías relativistas. [11] Finalmente fue dado de baja en 1993.
La próxima generación de aceleradores utilizó un "enfoque fuerte" y requirió aperturas mucho más pequeñas y, por tanto, imanes mucho más baratos. El CERN PS ( Proton Synchrotron , 1959) y el Brookhaven National Laboratory AGS ( Alternating Gradient Synchrotron , 1960) fueron las primeras máquinas de próxima generación, con una apertura aproximadamente un orden de magnitud menor en ambas direcciones transversales, y que alcanzaban los 30 GeV de energía protónica. , pero con un anillo magnético menos masivo. A modo de comparación, los haces circulantes en el Gran Colisionador de Hadrones , con ~11.000 veces más energía y una intensidad enormemente mayor que el Bevatron, están confinados en un espacio del orden de 1 mm de sección transversal y enfocados hasta 16 micrómetros en el extremo. zonas de colisión en intersecciones, mientras que el campo de los imanes de flexión es sólo unas cinco veces mayor.
La demolición del Bevatron comenzó en 2009 y finalizó a principios de 2012. [12]
37°52′39″N 122°15′03″O / 37.877392°N 122.250811°W / 37.877392; -122.250811