Протонные синхротроны для экспериментов с неподвижной мишенью

Ускоритель	Центр, место расположения	Год запуска	Максимальная энергия протонов, ГэВ
PS	ЦЕРН Женева, Швейцария	1960	28
У-70	ИФВЭ Протвино, Россия	1967	76
SPS	ЦЕРН Женева, Швейцария	1976	450

ЦЕРН - Европейский центр ядерных исследований,

ИФВЭ - Институт физики высоких энергий

Для ускорения тяжёлых частиц до максимальных энергий применяются синхрофазотроны. Синхрофазотрон –это циклический резонансный ускоритель тяжёлых частиц, в котором меняются во времени как магнитное поле, так и частота ускоряющего электрического поля, и притом так, что радиус равновесной орбиты остаётся почти постоянным. Изменять частоту электрического поля в синхрофазотроне необходимо потому, что протоны с энергией 1ГэВ ещё не являются достаточно релятивистскими, так что период обращения их по орбите постоянного радиуса меняется с энергией (=0,767 при Е_кин=1 ГэВ). Движение частиц происходит в кольцевой вакуумной камере, помещённой в магнитное поле системы магнитов, расположенных в определённом порядке по кольцу. Магнитное поле синхронно меняется с энергией частиц. Синхрофазотроны на очень высокие энергии построены по многоступенчатому принципу: линейный ускоритель (инжектор) впускает частицы в малый синхрофазотрон (бустер), где они ускоряются до промежуточной энергии, а затем впрыскиваются в большой синхрофазотрон для дальнейшего ускорения.

На основе ускорителя на 500 ГэВ (ЦЕРН см. рис. 7.5) были созданы ускорительные комплексы на встречных протон-антипротон пучках, на которых удалось открыть W^ и Z⁰ –бозоны.

Рис. 7.5. Схема протонного суперсинхротрона в коллайдерных экспериментах

В настоящее время в ЦЕРН’е запущен в эксплуатацию Большой адронный коллайдер (БАК). Считается, что БАК позволит проникнуть в физику самых малых расстояний (вплоть до нанонанометра или 10^-18м) и достичь самых высоких из когда либо исследованных энергий. Большой адронный коллайдер по своим параметрам значительно превосходит предшественников. Прежде всего он будет создавать пучки протонов более высоких энергий, чем когда либо прежде. Почти 7 тысяч магнитов, охлаждаемых жидким гелием до температуры ниже 2 градусов Кельвина, направляют и фокусируют два пучка протонов, летящих со скоростью, отличающейся от скорости света не более чем на одну миллионную процента. Каждый протон будет иметь энергию 7 ТэВ, т. е. в 7 тысяч раз превышающую энергию покоя. Протоны будут двигаться в виде 3 тысяч сгустков, распределённых вдоль всей 27-километровой окружности коллайдера. Каждый сгусток, содержащий до 10¹¹ протонов в точках столкновения (зоны расположения детекторов) создадут более 600 млн столкновений в секунду. Эти столкновения или события, как их называют физики, фактически будут происходить между частицами, из которых состоят протоны, -кварками и глюонами. При максимальном ускорении будет высвобождаться в результате столкновения энергия ~2ТэВ. Четыре гигантские системы детекторов, самый большой из которых занял бы половину собора Нотр-Дам в Париже, а самый тяжёлый содержит железа больше, чем Эйфелева башня, будут измерять параметры тысяч частиц, разлетающихся при каждом столкновении.

,