ADA
ADA
Anello di accumulazione a fasci di elettroni e positroni. Gli anelli di collisione elettrone-positrone hanno una lunga storia, alla cui origine si può collocare un seminario del fisico Bruno Touschek ai Laboratori Nazionali di Frascati (1960), nel quale mise in evidenza l’importanza di uno studio sistematico sulle collisioni elettrone-positrone. In quell’occasione Touschek propose la costruzione di un solo anello in cui i fasci di elettroni e di positroni ruotano in direzioni opposte e si incontrano in più punti lungo la circonferenza. Lo studio di questi urti fornisce informazioni importanti sull’andamento delle leggi di natura nella regione temporale (time-like). In particolare ADA fu costruito negli stessi Laboratori di Frascati e fece conoscere ai fisici alcuni aspetti importanti dell’urto fascio-fascio. I primi risultati dell’interazione elettrone-positrone all’energia di 2×200 MeV furono riportati nel 1963.
Alcune caratteristiche di ADA sono:
(a) il peso del magnete, 8,5 t;
(b) il diametro esterno, 160 cm;
(c) il numero di sezioni diritte, 4;
(d) l’apertura utile del magnete, 5 cm;
(e) la radiofrequenza della cavità, 146,2 MHz;
(f) l’energia di ciascun fascio, 200 MeV.
L’energia del centro di massa Ecm è di 400 MeV. Se si volesse ottenere questa energia nell’urto di un positrone contro un elettrone di un bersaglio fisso, il protone dovrebbe avere un’energia di 160 GeV. L’energia di ADA avrebbe dovuto produrre i seguenti processi:
e++e− (elettrone-positrone)
e++e−→ { μ++μ− (muone-antimuone)
π++π− (pione positivo-pione negativo)
ma sfortunatamente la luminosità era troppo bassa affinché si producessero. Ai Labo;ratori di Frascati l’iniezione di elettroni e di positroni si otteneva iniettando un fascio di raggi gamma (fotoni) prodotti dall’elettrosincrotrone. ADA iniziò a funzionare il 27 febbraio 1961 dopo aver risolto alcuni problemi di notevole complessità, tra i quali la costruzione di una camera a vuoto di 10−11 torr. Un esperimento significativo non fu possibile con un sistema di iniezione così poco efficiente. ADA fu portato allora a Orsay (Francia), dove un acceleratore lineare (LINAC, Linear accelerator) produceva elettroni fino a 1 GeV. Il sistema di iniezione di Orsay consentì di iniettare 4300 elettroni e positroni al secondo, con un’intensità del LINAC di 0,5 μA. Il gruppo italo-francese misurò la vita media di ciascun fascio e constatò che l’intensità dei fasci era inferiore all’intensità nominale (calcolata), segno questo che un effetto di instabilità riduceva l’intensità dei fasci. Touschek e collaboratori spiegarono questo effetto in quanto dovuto all’interazione delle particelle di uno stesso pacchetto (un fascio di elettroni di data intensità è generalmente costituito da N pacchetti, o bunches). Per ridurre questa instabilità, da allora nota come effetto Touschek, fu necessario aumentare il volume di ciascun pacchetto, diminuendo, quindi la densità di particelle, senza ridurne il numero. Questa diminuzione fu ottenuta accoppiando le dimensioni orizzontali e verticali del fascio, facendo uso di un quadrupolo magnetico opportunamente orientato. La vita media del fascio aumentò di un fattore tre. La scoperta dell’effetto Touschek e la sua soluzione è un elemento importante che si incontra tutte le volte che si vuole iniettare un fascio di elettroni e positroni in un anello di collisione. I primi risultati sperimentali con un collider elettrone-positrone furono ottenuti a Orsay nel 1964 costruendo un anello di collisione, ACO, simile ad ADA, ma di maggiori dimensioni, la cui energia di massa era di 1,1 GeV. Da allora furono costruiti molti anelli di collisione elettrone-positrone di energia sempre maggiore, fino alla realizzazione nel 1981 al CERN di Ginevra del LEP (Large electron-positron collider) di 200 GeV nel centro di massa. La circonferenza del LEP è di 27 km, da confrontare con quella di ADA di 5 m. I risultati ottenuti nei vari anelli di collisione elettrone-positrone costruiti nell’arco di una ventina d’anni sono stati di notevole importanza scientifica.
→ Acceleratori circolari di particelle