A коллайдер - это тип ускорителя частиц, который объединяет два противоположных пучка частиц, например что частицы сталкиваются. Коллайдеры могут быть кольцевыми ускорителями или линейными ускорителями.
Коллайдеры используются в качестве исследовательского инструмента в физике элементарных частиц, ускоряя частицы до очень высокой кинетической энергии и позволяя им сталкиваться с другими частицами. Анализ побочных продуктов этих столкновений дает ученым хорошее доказательство структуры субатомного мира и законов природы, управляющих им. Они могут проявляться только при высоких энергиях и в течение крошечных периодов времени, и поэтому их трудно или невозможно изучить другими способами.
In физика элементарных частиц человек получает знания о элементарных частицах, ускоряя частицы до очень высокой кинетической энергии и позволяя им воздействовать на другие частицы. При достаточно высокой энергии происходит реакция, которая превращает частицы в другие частицы. Обнаружение этих продуктов дает представление о физике.
Для проведения таких экспериментов есть две возможные установки:
Коллайдер сложнее сконструировать, но он имеет большое преимущество в том, что согласно специальной теории относительности энергия неупругого столкновения расстояние между двумя частицами, приближающимися друг к другу с заданной скоростью, не просто в 4 раза больше, чем в случае покоя одной частицы (как это было бы в нерелятивистской физике); она может быть на несколько порядков выше, если скорость столкновения близка к скорости света.
В случае коллайдера, где точка столкновения покоится в лабораторной системе отсчета (т.е. ), энергия центра масс (энергия, доступная для образования новых частиц при столкновении) просто , где и - полная энергия частица из каждого луча. Для эксперимента с фиксированной целью, когда частица 2 находится в состоянии покоя, .
Первое серьезное предложение по коллайдеру было сделано группой в Исследовательская ассоциация университетов Среднего Запада (MURA). Эта группа предложила построить два касательных кольца ускорителя FFAG с радиальным сектором . Тихиро Окава, один из авторов первой статьи, продолжил разработку конструкции ускорителя FFAG с радиальным сектором, которая могла бы ускорять два встречно вращающихся пучка частиц в одном кольце магнитов. Третьим прототипом FFAG, созданным группой MURA, была электронная машина на 50 МэВ, построенная 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 исходном предложении MURA, столкновения будут происходить в касательной секции. Преимущество накопительных колец состоит в том, что накопительное кольцо может накапливать высокий поток пучка от ускорителя инжекции, который обеспечивает гораздо более низкий поток.
Первый электрон - позитрон коллайдеры были построены в конце 1950-х - начале 1960-х годов в Италии, в Istituto Nazionale di Fisica Nucleare в Frascati недалеко от Рима австрийско-итальянским физиком Бруно Тушеком а в США - командой Стэнфорд-Принстон, в которую входили Уильям Барбер, Бернард Гиттельман, Джерри О'Нил и Бертон Рихтер. Примерно в то же время, в начале 1960-х годов, был независимо разработан и построен электронно-электронный коллайдер ВЭП-1 под руководством Герша Будкера в Советском Институте ядерной физики..
В 1966 году начались работы над пересекающимися накопительными кольцами в ЦЕРН, и в 1971 году этот коллайдер был введен в эксплуатацию. ISR представлял собой пару накопительных колец, в которых накапливались частицы, введенные протонным синхротроном CERN . 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 Теватрон в Фермилаб. В 1986 году были зарегистрированы первые столкновения протонов и антипротонов в центре масс с энергией 1,8 ТэВ, что сделало его коллайдером с самой высокой энергией в мире на то время.
Самый высокоэнергетический коллайдер в мире (по состоянию на 2016 год) - это Большой адронный коллайдер (LHC) в ЦЕРНе. В настоящее время рассматривается несколько проектов коллайдеров частиц.
Источники: информация взята с веб-сайта Particle Data Group и Справочника по физике и технике ускорителей.
Accelerator | Центр, город, страна | Первая операция | ускоренные частицы | максимальная энергия на пучок, ГэВ | Светимость, 10 см | Периметр (длина), km |
---|---|---|---|---|---|---|
ВЭПП-2000 | ИЯФ, Новосибирск, Россия | 2006 | еe | 1.0 | 100 | 0,024 |
INP, Новосибирск, Россия | 1994 | еe | 6 | 20 | 0,366 | |
BEPC II | IHEP, Пекин, Китай | 2008 | ее | 3,7 | 700 | 0,240 |
DAFNE | Фраскати, Италия | 1999 | ее | 0,7 | 436 | 0,098 |
KEKB / SuperKEKB | KEK, Цукуба, Япония | 1999 | ее | 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 |
LHC | CERN | 2008 | pp,. Pb -Pb, p-Pb, Xe-Xe | 6500 (планируется 7000),. 2560 / n (планируется 2760 / n ) | 20000,. 0,003, 0,9, ≈0,0002 | 26,659 |
Викицитатник содержит цитаты, связанные с: Коллайдер |