מנגיש
המנגיש (באנגלית: Collider) הוא חלק ממאיצי החלקיקים, ופעילותו מהווה בסיס למחקר פיזיקלי מתקדם בתחום פיזיקת החלקיקים. המנגיש אחראי ליצירת התנגשות בין שני טורים (למעשה אלומות) של חלקיקים מואצים. בעקבות האנרגיות הנוצרות בהתנגשויות במנגיש, נוצרים חלקיקים חדשים אותם חוקרים במעבדות ומסיקים מסקנות בנוגע לשאלות גדולות שהמדע עוסק בהן.[1]
הסבר
[עריכת קוד מקור | עריכה]היום, כחלק מחקר של פיזיקת החלקיקים, חוקרים ברחבי העולם מאיצים חלקיקים באנרגיות גבוהות ונותנים להם להשפיע על חלקיקים אחרים. באנרגיות גבוהות מספיק, התגובה בין החלקיקים יוצרת סוגים שונים של חלקיקים, אותם חוקרים ובכך מרחיבים את הידע שלנו על פיזיקת החלקיקים והיקום.
קיימות שתי מערכות ניסוי שונות בעזרתן יוצרים את התנגשות בין החלקיקים:
- מערכת בה מאיצים אלומת חלקיקים, וכאשר הם מגיעים לאנרגיות גבוהות מספיק מפגישים אותם עם חלקיקים "נייחים" (שלא הואצו).
- מערכת בה מאיצים שתי אלומות של חלקיקים בכיוונים שונים, כאשר כל אלומה מואצת בצינור שונה. ההאצה יכולה להיות מעגלית או קווית. בהאצה מעגלית אלומה אחת מואצת עם כיוון השעון ואחת נגד כיוון השעון ובהאצה קווית אלומה אחת מואצת בכיוון אחד והשנייה בהופכי. כאשר החלקיקים מגיעים לאנרגיות גבוהות מספיק, מפגישים את הצינורות והחלקיקים מתנגשים זה בזה. החלק השייך לשני הצינורות, בו החלקיקים מתנגשים, נקרא "מנגיש".
המערכת בה משולב המנגיש מהווה אתגר קשה יותר לבנייה, אך יש לה יתרון עצום כיוון שאנרגיית ההתנגשות של החלקיקים במערכת זו גדולה פי 4 מאנרגיית ההתנגשות שלהם במערכת בה חלק מהחלקיקים "נייחים". בנוסף, אם מהירויות החלקיקים קרובות למהירות האור, אנרגיית ההתנגשות גדולה פי כמה וכמה במערכת בה נמצא המנגיש.[1]
היסטוריה
[עריכת קוד מקור | עריכה]מנגישים קידמו רבות את הפיזיקה בכ50 שנים האחרונות. ניסויים באמצעות מנגישים הובילו לגילויים של הW בוזון, Z בוזון, גלואון, תאו לפטון, קווארק קסום, קווארק עליון וקווארק תחתון. כמו כן, מנגישים סייעו באימות מלא של המודל הסטנדרטי.
ההצעה הראשונה הרצינית למנגיש הוצגה על ידי קבוצה מMidwestern Universities Research Association) MURA). קבוצה זו הציעה לבנות שתי טבעות של סקטורים משיקים רדיאלית של מאיצים מסוג FFAG אשר יאיצו שתי אלומות של חלקיקים הנעים אחד כנגד השני (בשני כיווני סיבוב שונים) על ידי טבעת יחידה של מגנטים.
הFFAG השלישי אשר נבנה על ידי קבוצת MURA היה מכונה חשמלית בעלת 50 MeV אשר נבנתה ב-1961 על מנת להדגים את הסבירות של הקונספט הזה.
ג'רארד ק. אונייל הציע להשתמש במאיץ בודד ולהחדיר לתוכו חלקיקים לתוך זוג של טבעות שימור משיקות. (טבעות שימור= סוג של מאיץ חלקיקים אשר אלומה המשכית או קטועה של חלקיקים יכולה לנוע בו מספר שעות רב).כמו בהצעתה של MURA, ההתנגשויות יתרחשו באזור המשיק. היתרון של טבעות השימור הוא שטבעת השימור יכולה ליצור שטף של קרן חלקיקים חזק המגיע מהחדרה ממאיץ חלקיקים שיכול להכיל שטף של קרן חלש מאוד יחסית.
מנגישי האלקטרון-פוזיטרון הראשונים נבנו בשנות ה-50 המאוחרות שנות ה-60 המוקדמות באיטליה על ידי Istiti Nazionale di Fisica NUcleare בפרסקטי אשר ליד רומא על ידי פיזיקאי איטלקי –אוסטרי בשם ברונו טאושק ואחד נוסף נבנה בארצות הברית על ידי צוות פרינסטון-הרווארד שכלל את וויליאם סי. ברבר, ברנרד גיטלמן, גרי אונייל וברטון ריכטר. באותם זמנים, שנות ה-60 המוקדמות, נבנה VEP-1. VEP-1 הוא מנגיש אלקטרון-אלקטרון אשר פותח בצורה עצמאית ונבנה בSoviet Institute of Nuclear Physics תחת השגחתו של גרש בודקר.
ב-1966 התחילו לעבדו על בסרן על טבעות שימור מתלכדות וב-1971 מנגיש זה פעל. מתקן טבעות השימור המתלכדות הכיל חלקיקים אשר הוכנסו על ידי הפרוטון סינכטרון של סרן. זה היה מנגיש ההדרון הראשון (כל הניסיונות הקודמים לבניית מנגישים הפיקו רק מנגישים אשר עסקו בהתנגשויות של אלקטרונים או אלקטרונים ופוזיטרונים).
ב-1968 התחילה הבניה של קומפלקס Tevatron, המאיץ בפרמילב. ב-1986 התרחשה ההתנגשות פרוטון ואנטי-פרוטון הראשונה שנרשמה בעלת מרכז מסת אנרגיה של 1.8TeV. זו הפכה להתנגשות בעלת רמת האנרגיה הגבוהה ביותר שנעשתה בתוך מנגיש בעולם באותו הזמן.
המנגיש בעל רמת האנרגיה הגבוהה בעולם (לפי התוצאות הנמדדו ב-2016) הוא הLHC הנמצא בסרן. ישנם מספר פרויקטים נוספים לבניית מנגישים תחת דיון.
תרומתו
[עריכת קוד מקור | עריכה]המנגיש תורם רבות לחקר פיזיקת החלקיקים, ובכך תורם רבות לחקר היקום. המנגיש נותן יתרון עצום למאיץ, כיוון שהוא גורם לכך שאנרגיית ההתנגשות של החלקיקים המואצים תהיה גדולה פי 4 מאנרגיית ההתנגשות של החלקיקים במאיץ אחר. כך כל התנגשות היא "פורייה" יותר, ומניבה יותר חלקיקים חדשים הנוצרים וניתן לחקור אותם.
מנגישים בעולם
[עריכת קוד מקור | עריכה]| שם המאיץ | מקום | שנת פתיחה | החלקיקים המואצים | האנרגיה המקסימלית לאלומת חלקיקים (GeV). | בהירות האלומה 1030cm−2 s− | היקף המאיץ (ק"מ) |
| VEPP-2000 | נובוסיביריק, רוסיה (INP) | 2006 | אלקטרונים (e−) ואנטי אלקטרונים (e+). | 1.0 | 100 | 0.024 |
| VEPP-4М | נובוסיביריק, רוסיה (INP) | 1994 | אלקטרונים (e−) ואנטי אלקטרונים (e+). | 6 | 20 | 0.366 |
| BEPC II | בייג'ינג, סין (IHEP). | 2008 | אלקטרונים (e−) ואנטי אלקטרונים (e+). | 3.7 | 700 | 0.240 |
| DAFNE | פראסקאטי, איטליה | 1999 | אלקטרונים (e−) ואנטי אלקטרונים (e+). | 0.7 | 436 | 0.098 |
| KEKB | טסוקובה, יפן (KEK). | 1999 | אלקטרונים (e−) ואנטי אלקטרונים (e+). | 8.5 (e−), 4 (e−). | 21100 | 3.016 |
| RHIC | ארצות הברית (BNL). | 2000 | pp, Au-Au, Cu-Cu, d-Au | 100/n | 10, 0.005, 0.02, 0.07 | 3.834 |
| LHC | CERN, ז'נבה, שווייץ. | 2008 | pp,
Pb-Pb, p-Pb |
6500
2560/n |
15000,
0.003, 0.9 |
26.659 |