Tevatron, akselerator partikel yang terletak di Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) di Batavia, Illinois. Fermilab adalah dan Tevatron dioperasikan untuk Departemen Energi AS oleh Asosiasi Riset Universitas, sebuah konsorsium dari 85 universitas riset di Amerika Serikat dan empat universitas yang mewakili Kanada, Italia, dan Jepang. Tevatron adalah akselerator partikel berenergi tertinggi di dunia hingga 2009, ketika digantikan oleh Large Hadron Collider dari Organisasi Eropa untuk Riset Nuklir (CERN). Tevatron ditutup pada 30 September 2011.
Tevatron dibangun pada 1980-an di bawah akselerator partikel pertama Fermilab, sebuah synchrotron proton dalam terowongan melingkar dengan keliling 6,3 km (3,9 mil). Tevatron adalah synchrotron superkonduktor yang mengambil keuntungan dari kekuatan medan magnet yang lebih tinggi yang dihasilkan oleh 1.000 magnet superkonduktor untuk mempercepat proton ke tingkat energi yang secara signifikan lebih tinggi. Seluruh cincin disimpan pada 4,5 kelvin (68268,7 ° C, atau −451,6 ° F) oleh helium cair. Synchrotron asli menjadi bagian dari sistem injeksi preaccelerator untuk Tevatron, mempercepat partikel hingga 150 GeV (1 GeV = 1 giga elektron volt = 1 miliar elektron volt) dan kemudian mentransfernya ke cincin superkonduktor baru untuk akselerasi ke 900 GeV. Pada tahun 1987 Tevatron mulai beroperasi sebagai collider proton-antiproton — dengan 900-GeV proton yang menyerang 900-GeV antiproton untuk memberikan energi tumbukan total 1,8 volt teraelectron (TeV; 1,8 triliun elektron volt). Cincin utama yang asli diganti pada tahun 1999 oleh preaccelerator baru, Main Injector, yang memiliki cincin magnet 3,3 km (2,1 mil). Injector Utama mengirimkan sinar yang lebih intens ke Tevatron dan dengan demikian meningkatkan jumlah tumbukan partikel dengan faktor 10.
Penemuan utama Tevatron adalah bahwa dari quark atas, quark keenam dan paling masif, pada tahun 1995. Para ilmuwan menyimpulkan keberadaan quark teratas, yang dihasilkan sebagai hasil dari tabrakan proton-antiproton 1,8-TeV, berdasarkan pembusukannya. karakteristik. Pada 2010, para ilmuwan menggunakan Tevatron untuk mendeteksi sedikit preferensi untuk B-meson (partikel yang mengandung quark bawah) untuk membusuk menjadi muon daripada antimuon. Pelanggaran simetri muatan ini dapat mengarah pada penjelasan mengapa ada lebih banyak materi daripada antimateri di alam semesta.
Di Fermilab, berkas proton, awalnya dengan kedok ion hidrogen negatif (masing-masing proton tunggal dengan dua elektron), berasal dari generator Cockcroft-Walton 750-kV dan dipercepat hingga 400 MeV dalam akselerator linier. Sebuah foil karbon kemudian melepaskan elektron dari ion, dan proton disuntikkan ke Booster, sebuah synchrotron kecil dengan diameter 150 meter (500 kaki), yang mempercepat partikel menjadi 8 GeV. Dari Booster, proton dipindahkan ke Injector Utama, di mana mereka dipercepat hingga 150 GeV sebelum diumpankan ke tahap akhir akselerasi di Tevatron.
Antiproton diproduksi dengan mengarahkan proton yang dipercepat ke 120 GeV dari Injector Utama di Fermilab ke target nikel. Antiproton dipisahkan dari partikel lain yang diproduksi dalam tabrakan pada target dan difokuskan oleh lensa lithium sebelum dimasukkan ke dalam cincin yang disebut debuncher, di mana mereka menjalani pendinginan stokastik. Mereka diteruskan pertama kali ke cincin akumulator dan kemudian ke cincin Recycler, di mana mereka disimpan sampai ada jumlah yang cukup untuk injeksi ke Injector Utama. Ini memberikan akselerasi ke 150 GeV sebelum mentransfer ke Tevatron.
Proton dan antiproton dipercepat secara bersamaan di Tevatron menjadi sekitar 1 TeV, dalam balok penangkal. Setelah mencapai energi maksimum, kedua balok disimpan dan kemudian dibiarkan bertabrakan pada titik-titik di sekitar cincin di mana detektor ditempatkan untuk menangkap partikel yang dihasilkan dalam tumbukan.
Selama penyimpanan di Tevatron, sinar secara bertahap menyebar sehingga tumbukan menjadi kurang sering. Balok "dibuang" dalam target grafit pada tahap ini, dan balok baru dibuat. Proses ini menyia-nyiakan hingga 80 persen dari antiproton, yang sulit dibuat, jadi, ketika Injector Utama dibangun, sebuah mesin untuk mengambil dan menyimpan antiproton lama juga dibangun. Recycler, yang terletak di terowongan yang sama dengan Injector Utama, adalah cincin penyimpanan yang dibangun dari 344 magnet permanen. Karena tidak perlu memvariasikan energi antiproton pada tahap ini, medan magnet tidak perlu berubah. Penggunaan magnet permanen menghemat biaya energi. Recycler "mendinginkan" antiproton lama dari Tevatron dan juga mengintegrasikannya dengan sinar antiproton baru dari akumulator. Sinar antiproton yang lebih kuat yang dihasilkan oleh Recycler menggandakan jumlah tabrakan di Tevatron.
Hingga tahun 2000, proton pada 800 GeV diekstraksi dari Tevatron dan diarahkan ke target untuk menghasilkan berbagai berkas partikel untuk eksperimen yang berbeda. Injector Utama kemudian menjadi mesin utama untuk menyediakan balok yang diekstraksi, dengan energi lebih rendah dari 120 GeV tetapi pada intensitas yang jauh lebih tinggi daripada yang disediakan Tevatron.
