Acceleratorul liniar rezonant

Acceleratoarele de particule sunt dispozitive cu ajutorul cărora se accelerează particule încărcate electric (electroni, protoni, nuclee atomice, ioni), folosind câmpuri electrice și magnetice.

Acceleartorul liniar rezonanat este un ansamblu de electrozi liniari așezați coaxial, în interiorul cărora se mișcă fasciculul de particule accelerate. Electrozii pari sunt legați la aceeași bornă a unei surse de tensiune electrică alternativă, iar electrozii impari sunt legați la cealaltă bornă.

$U=U_m\sin \left(2\pi \frac{t}{T}\right)$

Lungimea electrozilor și frecvența tensiunii electrice alternative sunt astfel încât de fiecare dată când particula se află între electrozi ea să fie accelerată.

Energia cinetică a particulei este proporțională cu tensiunea de accelerare și cu numărul de accelerări (spații dintre electrozi):

$E_{c, n}=nq{U}_m$

Lungimea electrozilor este dată de relația:

$l=T\sqrt{\frac{q{U}_m}{2m}}\sqrt{n}$

Ciclotronul

Ciclotronul este un dispozitiv format din doi semicilindri numiți duanți, așezați la o anumită distanță unul de altul. Fasciculul de particule se mișcă în interiorul duanților sub influența unui câmp magnetic B puternic, perpendicular pe traiectoria particulelor. Între duanți avem un curent electric alternativ care accelerează particulele.

Câmpurile magnetice din interiorul duanților curbează traiectoria particulelor aducându-le de fiecare dată în spațiul dintre duanți pentru a fi accelerați.

Energia cinetică acumulată de particulele accelerate depinde de raza R a duanților:

$$\begin{gathered} E_c=\frac{q^2{R}^2{B}^2}{2m}, unde \\ {v}_{max}=\frac{qRB}{m} \end{gathered}$$

Sincrotronul

Sincrotronul este un inel tubular de mari dimensiuni în lungul căruia se află un număr mare de magneți supraconductori care accelerează fasciculele de particule.

Datorită mișcării circulare a particulelor accelerate, acestea pierd energie sub formă de radiație electromagnetică numită radiație de sincrotron.

Modelul standard

Scara distanțelor cosmice este guvernată de interacțiunea gravitațională și lucrează cu conceptele de masă, energie, spațiu-timp.

La distanțe microscopice avem interacțiunile cuantice care folosesc conceptele de particulă și câmp. Anumite tipuri de particule interacționează între ele prin intermediul unor câmpuri cuantice formate din bosoni, mai precis interacțiunea constă în schimbul de bosoni.

Avem trei tipuri de interacțiuni:

Interacțiunea electromagnetică ce are loc la scara atomică și moleculară, bosonul cuantă de câmp fiind fotonul.

Intereacțiunea slabă ce guvernează dezintegrările β, ce are trei bosoni cuante de câmp: Z⁰, W^±.

Intereacțiunea tare are loc la scara dimensiunii particulelor elementare (mai mică de 10^-15 m), între particule cu sarcină de culoare numite quarci. Bosonii cuante de câmp se numesc gluoni și sunt în număr de opt.

Intereacțiunea nucleară este un efect de ordin doi al interacțiunii tari ce se manifestă la distanțe cuprinse între 10^{-10 și} 10^-15 m. Ea descrie interacțiunea dintre nucleoni în interiorul nucleului atomic. Bosonii cuante de câmp sunt pionii, în număr de trei: π⁰, π^±.

Fizica particulelor elementare

Cuantele de câmp sunt toate bosoni cu spinul unitar:

• fotonul;
• bosonii Z⁰, W^±;
• 8 gluoni.

Particulele elementare, toate fermioni, cu spinul semiunitar:

Leptonii:

• electronul și pozitronul;
• mionul și antimionul;
• taonul și antitaonul;

Quarcii care au sarcină de culoare (rosu, albastru, verde). Sunt șase quarci; up - u, down - d, strange - s, charm - c, bottom - b, top - t și șase antiquarci. Quarcii au sarcină electrică subunitară.

Hadronii sunt formați din quarci care interacționează prin schimb de gluoni.

• mezonii sunt perechi quarc antiquarc și sunt fermioni.
• barionii sunt formați din trei quarci și sunt tot fermioni (p = uud; n = udd, etc.)