4. Acceleratori

Acceleratori cineari (LINAC) e circolari (RING)
Esistono due tipi di acceleratori fondamentalmente diversi:  lineari e circolari. I lineari, detti anche linacs, accelerano un fiotto di particelle iniettato al loro interno solo una volta. Alla fine dell'acceleratore le particelle generalmente colpiscono un bersaglio fisso ed un rivelatore di particelle registra tutte le interazioni.

Un tipico acceleratore lineare è fatto di una serie di cosiddetti "tubi a deriva" ciascuno dei quali ha applicato a i suoi estremi una tensione variabile. Dentro al tubo le particelle non subiscono alcuna forza cosicchè esse si muovono di velocità costante (deriva), ma appena escono dal tubo (che funziona come una gabbia di Faraday) esse vengono respinte dall'estremità del tubo appena abbandonato ed attratte dal tubo che gli sta davanti. Per fare ciò la tensione elettrica applicata ai vari tubi deve variare in modo opportuno per essere sempre "in fase" con il moto della particella ed accelerarla nella giusta direzione.

Prova tu stesso ad accelerare una particella positiva con questo simpatico gioco! Pensa che ciascuna batteria sia un tubo a deriva; il tuo compito è quello di girare le polarità delle batterie in modo tale che la particella sia sempre accelerata verso la parte destra.

Tubi a deriva dentro un acceleratore lineare.

 

Gli acceleratori lineari sono spesso usati per studiare collisioni fra particelle esotiche di vita breve. Per fare questo, si spara un fascio di particelle contro un bersaglio; queste particelle interagiscono con il bersaglio e producono nuove particelle di tipo diverso da quelle iniziali, incluse quelle effimere e d interessanti per un particolare esperimento. Usando i magneti, quelle esotiche possono essere estratte e spedite verso un altro bersaglio o perfino verso un altro fascio delle stesse particelle per studiare nuove collisioni.

Il linac più potente del mondo è in California presso lo Stanford Linear Accelerator Center, detto SLAC. E' lungo più di 3 chilometri ed è stato modificato per diventare un collisionatore di particelle. 2 fiotti di particelle sono accelerate e poi curvate all'estremità dell'acceleratore per collidere violentemente l'uno contro l'altro. Il LEP del CERN fa la stessa cosa usando però un acceleratore circolare anzichè lineare.

 

Il  linac lungo 3 Km. presso lo Stanford Linear Accelerator Center in California. E' il più grande acceleratore lineare del mondo.

 Gli acceleratori circolari hanno il grosso vantaggio che le particelle possono essere conservate in moto per molto tempo ed accelerate giro dopo giro usando lo stesso equipaggiamento. Come i linac, gli acceleratori circolari possono essere usati in due modi diversi: per accelerare i fasci, estrarli e spararli contro un bersaglio fisso, oppure possono essere usati come collisionatori fra fasci opposti.

I collisionatori sono un modo molto più efficiente di sfruttare l'energia che è stata ceduta ai fasci. In un collisionatore circolare i fiotti di particelle viaggiano in direzione opposta e sono fatti scontrare in uno o più punti attorno all'anello. Nel punto di collisione, due singole particelle possono collidere frontalmente utilizzando tutta l'energia delle particelle iniziali perchè il centro di massa è fermo rispetto al laboratorio. Quando un singolo fascio colpisce un bersaglio fisso, molta della sua energia è dissipata nel bersaglio stesso e va persa per quanto riguarda la ricerca dei fisici.

Un altro vantaggio degli acceleratori circolari è che dato che le collisioni fra singole particelle che si muovono in direzioni opposte sono abbastanza rare, i fiotti possono essere conservati per ore. Il rovescio della medaglia è che le particelle che essi accelerano, perdono energia emettendo luce di sincrotrone in quanto sono accelerate poichè si muovono su una traiettoria curva. Questo implica che nuova energia deve essere continuamente ceduta al fascio.