입자 가속기

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입자 가속기 (粒子加速器)는 물질의 미세 구조를 밝히기 위해 원자핵 또는 기본 입자를 가속, 충돌시키는 장치이다. 같은 원리에 의해 텔레비전과 X선이 작동한다.

[편집] 러더퍼드 산란 실험

입자물리학의 실험은 기본 입자를 찾는 일이다. 기본적으로 현대의 입자 실험 물리학은 러더퍼드의 산란 실험을 확장한 것이다. 즉 매우 속도가 높은 입자를 대상이 되는 물질과 충돌시켜서 발생하는 파편들을 분석하고 거꾸로 재구성해서, 대상 물질의 구조를 알아내는 것이다. 더 작은 구조를 알기 위해서는 더욱 속도가 높은 입자들이 필요하다. 이를 위해 입자 가속기를 사용하는데, 더 빠른 속도를 얻기 위해서는 더 큰 가속기가 필요하다.

[편집] 원형 가속기

싱크로트론. 원형 가속기는 높은 에너지를 얻을 수 있다는 것이 가장 큰 장점이다. 같은 에너지를 가지고 있더라도 상대적으로 설비 비용도 적게 든다. 양성자는 소립자가 아니기 때문에 내부구조(쿼크와 글루온)가 있으며 따라서 충돌시 사실은 쿼크와 글루온이 충돌하는 것이다. 이들을 감안하여 분석하기는 매우 어려워 새로운 입자의 발견에 이용한다. 쿼크, 글루온 등이 원형 가속기에서 발견되었으며, 대표적인 실험기관으로 페르미랩과 독일 전자 싱크로트론이 있다.

[편집] 선형 가속기

선형 가속기는 주로 전자를 가속한다. 전자는 너무 가볍기 때문에 원형 가속기에서 가속하면 싱크로트론 광선이 발생하여 에너지를 빨리 잃는다. 따라서 전자의 가속에는 선형 가속기가 필요하다. 전자는 가장 가벼운, 내부구조가 억는 점입자(소립자)이기 때문에 전자의 충돌시 생성되는 입자들을 쉽게 예측할 수 있다. 따라서 선형 가속기는 새로운 입자의 발견보다는 기존의 이론을 정확하게 테스트(precision test)할수 있는 장점이 있다. 대표적인 실험기관으로

[편집] 방사광 가속기

전자를 원형 가속기에서 가속하면 싱크로트론 광선이 발생하여 가속 자체에는 어려움이 있지만, 파장이 짧은 높은 에너지의 빛을 얻을 수 있다는 데 착안하여, 가속 보다른 싱크로트론 광선을 얻는데 주안점을 둔 가속기이다. X선 발생 장치도 그 예라고 할 수 있다. 파장이 짧은 빛은 더 작은 크기의 세계를 볼 수 있으며, 더 작은 소자를 조각하는데도 이용한다. 한국의 포항 방사광 가속기가 대표적인 예이다.

[편집] 주요실험기관

유럽 입자 물리 연구소(CERN), 프랑스와 스위스의 국경인 제네바에 있다. 중요한 실험은 LEP, 즉 거대 전자 양성자 충돌장치이다. 이는 2001년에 중단되었으며 LHC, 즉 거대 하드론 충돌장치로 업그레이드 되고 있다. 이는 2007년 가동 예정이다. 현재 가장 큰 입자 실험 장치는 스위스와 프랑스의 국경에 있는 유럽 입자 물리 연구소(CERN)이다. 이 실험장치는 원형으로 생겼으며 지름이 8km에 이른다. 소설 천사와 악마의 무대가 되기도 했다.
독일 전자 싱크로트론(DESY), 독일의 함부르크에 있다. 중요한 실험은 HERA(하드론 전자 링 장치)이며, 이는 전자와 양전자를 충돌시키는 장치이다.
스탠퍼드 선형 가속기 센터(SLAC)는 미국의 팔로 알토에 있다. 주요 기구는 PEP-II이며 전자와 양전자 충돌 실험을 주로 한다.
페르미랩(Fermilab)는 미국의 시카고 근처에 있다. 현재 주요 기구는 테바트론(Tevatron))이고 양성자와 반양성자를 충돌시킨다. 이휘소 박사가 이론 그룹의 리더를 맡았던 곳이고, 현재 CDF 실험 그룹의 공동 대표는 김영기 박사이다.
브룩헤이븐 국립 연구소는 미국 롱 아일랜드에 있다. 주요 기구는 (최초의) 상대론적 무거운 이온 충돌기이고, 금과 같은 무거운 이온을 양성자에 충돌시킨다.
아르곤 국립 연구소 (Argonne National Laboratory) 미국 최초의 국립연구소로 1946년 설립. 미 중부 일리노이의 Argonne에 소재. 시카고대학의 금속공학과가 전신이며 현재 고에너지물리학 분야에서는 MINOS, CDF, ATLAS, ZEUS 등 다양한 실험에 참여하고 있다.
부즈커 핵물리 연구소이고 러시아의 노보시비르스크에 있다.
일본 고에너지 연구소(KEK) 일본의 쯔쿠바에 있다. 현재는중성미자 진동 실험인 K2K와 B 중간자의 CP 비대칭성을 재는 Belle이 있다.