Коллайдер
Коллайдер является одним из видов ускорителя частиц с участием направленных пучков частиц . Коллайдеры могут быть либо кольцевыми ускорителями , либо линейными ускорителями и могут сталкивать один пучок частиц со стационарной мишенью или два пучка в лоб.
Коллайдеры используются в качестве исследовательского инструмента в физике частиц, ускоряя частицы до очень высокой кинетической энергии и позволяя им воздействовать на другие частицы. Анализ побочных продуктов этих столкновений дает ученым убедительные доказательства структуры субатомного мира и законов природы, управляющих им. Они могут проявляться только при высоких энергиях и в течение крошечных периодов времени, и поэтому могут быть трудными или невозможными для изучения другими способами.
Объяснение[править]
В физике элементарных частиц человек получает знания об элементарных частицах, ускоряя частицы до очень высокой кинетической энергии и позволяя им воздействовать на другие частицы. При достаточно высокой энергии происходит реакция, превращающая частицы в другие частицы. Обнаружение этих продуктов дает представление о физике.
Для проведения таких экспериментов возможны две установки:
Фиксированная установка цели: пучок частиц (снаряды ) ускоряется ускорителем частиц , а в качестве партнера по столкновению-неподвижная цель на пути пучка. Коллайдер: два пучка частиц ускоряются, и пучки направлены друг против друга, так что частицы сталкиваются во время полета в противоположных направлениях. Этот процесс можно использовать для создания странной и антиматерии.
Коллайдер настройка труднее построить, но имеет большое преимущество в том, что согласно специальной теории относительности энергия неупругого столкновения между двумя частицами приближаются друг к другу с заданной скоростью-это не просто 4 раза выше, чем в случае одной частицы покоя (как это было бы в нерелятивистской физике); он может быть на порядки выше, если столкновение скоростей, близких к скорости света.
В случае коллайдера, где точка столкновения находится в состоянии покоя в лабораторной структуре (т. е. p → 1 = − p → 2 _{1}=-{\vec {p}}_{2}} _{1}=-{\vec {p}}}_{2}}), центр энергии массы E c m (энергия, доступная для производства новых частиц в столкновении) просто E c m = E 1 + E 2 =E_{1}+E_{2}} =E_{1}+E_{2}}, где E 1 E_{1}и E 2 E_{2}полная энергия частицы от каждого луча. Для эксперимента с неподвижной мишенью, где частица 2 находится в E c m 2 = m 1 2 + m 2 2 + 2 m 2 E 1 }^{2}=m_{1}^{2}+m_{2}^{2}+2m_{2}E_{1}} }^{2}=m_{1}^{2}+m_{2}^{2}+2m_{2}E_{1}}состоянии покоя .
История[править]
Первое серьезное предложение о создании коллайдера было выдвинуто группой исследователей из Ассоциации Университетов Среднего Запада (MURA). Эта группа предложила построить два касательных радиально-секторных ускорительных кольца ffag.[2] Тихиро Охкава , один из авторов первой статьи, продолжил разработку конструкции ускорителя ffag радиального сектора, который мог бы ускорить два пучка встречных частиц в одном кольце магнитов.Третий прототип FFAG, построенный группой MURA, был электронной машиной на 50 МэВ, построенной в 1961 году, чтобы продемонстрировать осуществимость этой концепции.
Джерард К. О'Нил предложил использовать один ускоритель для инжекции частиц в пару касательных накопительных колец . Как и в первоначальном предложении MURA, столкновения будут происходить в касательной секции. Преимущество накопительных колец состоит в том, что накопительное кольцо может накапливать большой поток пучка от ускорителя инжекции, который достигает намного меньшего потока.
Первый электрон-позитронные коллайдеры были построены в конце 1950 х-начале 1960-х годов в Италии, в в Istituto Nazionale Ди физики Nucleare в Фраскати недалеко от Рима, Австро-итальянским физиком Бруно азимуту и в США, в Стэнфорде-Принстон состав, в который вошли Уильям С. парикмахерская, Бернард Gittelman, Джерри О'Нил, и Бертон Рихтер. Примерно в то же время, в начале 1960-х годов, электрон-электронный коллайдер ВЭП-1 был самостоятельно разработан и построен под руководством Герша Будкера в Советском Институте ядерной физики .
В 1966 году начались работы по пересечению накопительных колец на ЦЕРНе, а в 1971 году этот коллайдер был введен в эксплуатацию.[7] ISR был парой колец хранения, которые аккумулировали частицы, введенные протонным синхротроном ЦЕРНа . Это был первый адронный коллайдер, так как все предыдущие попытки работали с электронами или с электронами и позитронами .
В 1968 году началось строительство ускорительного комплекса для Теватрона на Фермилабе . В 1986 году были зафиксированы первые протонные антипротонные столкновения в центре массовой энергии 1,8 ТэВ, что сделало его самым высоким энергетическим коллайдером в мире в то время.
Самым высокоэнергетическим коллайдером в мире (по состоянию на 2016 год) является Большой Адронный Коллайдер (бак) CERN. В настоящее время рассматривается несколько проектов по созданию коллайдеров частиц.
Рабочие коллайдеры[править]
Источники: информация взята с сайта Particle Data Group и справочника по физике и технике ускорителей .
| Ускоритель | Город | Старт | ускорять частицы | максимальная энергия на пучок, ГэВ | Светимость, 10 30 см -2 С -1 | (длина),км |
|---|---|---|---|---|---|---|
| ВЭПП-2000 | INP Новосибирск | 2006 | е+e− | 1.0 | 100 | 0.024 |
| VEPP-4М | INP, | 1994 | е+e− | 6 | 20 | 0.366 |
| BEPC II | IHEP Пекин | 2008 | е+е− | 3.7 | 700 | 0.240 |
| DAFNE | Фраскати Италия | 1999 | е+е− | 0.7 | 436 | 0.098 |
| KEKB/SuperKEKB | KEK Цукуба Япония | 1999 | е+е− | 8.5 (e -), 4 (e+) | 21100 | 3.016 |
| RHIC | BNL США | 2000 | pp, Au-Au, Cu-Cu, d-Au | 100 / n | 10, 0.005, 0.02, 0.07 | 3.834 |
| БАК | ЦЕРН | 2008 | pp,Pb-Pb, p - Pb, Xe-Xe | 6500 (запланировано 7000),
2560 / n (запланировано 2760 / n)||20000,0.003, 0.9, ≈0.0002||26.659 |
См. также[править]
- Список коллайдеров
- Большой Электронно–Позитронный Коллайдер
- большой адронный коллайдер
- Очень Большой Адронный Коллайдер
- Релятивистский Коллайдер Тяжелых Ионов
- международный линейный коллайдер
- Накопительное кольцо
- Теватрон
- Международная конференция по фотонным, электронным и атомным столкновениям