Ускорители элементарных частиц

Как происходит любой эксперимент с элементарными частицами? Имеется пучок первичных частиц. Этот пучок частиц направляется на мишень. Мишенью служат ядра атомов какого-нибудь элемента.

Очень часто с этой целью используется водород, поскольку его ядра являются протонами. Первичные частицы, налетая на ядра мишени, взаимодействуют с ними и возникают различные ядерные реакции, в процессе которых могут рождаться и новые элементарные частицы. Продукты реакции, разлетаясь в разные стороны, регистрируются приборами, их траектории измеряются и на основе анализа этих и других измерений делаются заключения о свойствах как самой ядерной реакции, так и характеристиках вызвавшего ее взаимодействия, а также вывод о свойствах возникших в ходе реакции новых элементарных частиц. В общих чертах именно таким образом проходит любой эксперимент в лаборатории, имеющей дело с элементарными частицами. Поэтому как минимум необходим первичный пучок частиц, с которыми ведутся все последующие работы. Именно такие первичные пучки получаются на ускорителях элементарных частиц.
В настоящее время умеют ускорять заряженные частицы — электроны и протоны. И весь прогресс в физике элементарных частиц связан с развитием электронных и протонных ускорителей. Чем до больших скоростей разогнан первоначальный пучок протонов и электронов, тем разнообразнее и интереснее возможности осуществления различных ядерных реакций при ударе о мишень, тем больше может рождаться новых частиц. Поэтому физические лаборатории, построив ускорители на относительно большие энергии, пришли в 50-е и 60-е годы к такому обилию интересных результатов. Напомним, как происходит ускорение заряженной частицы в ускорителе. Для этого важно принять во внимание очень простой факт. Любая заряженная частица, движущаяся в магнитном поле, наменяет свою скорость таким образом, что, не приобретая энергии, движется все время по кругу, если поле одинаково по силе и направлению на всем пути движения частицы. Этот важный факт обусловлен существованием так называемой силы Лоренца, с которой магнитное поле действует на любой электрический заряд. Причем положительно и отрицательно заряженные частицы движутся в противоположных направлениях. Чем с большей скоростью пролетает заряженная частица в заданном поле и чем больше ее масса, тем труднее магнитному полю изменить ее траекторию и тем прямее эта траектория, т. е. такая частица движется по кругу с большим радиусом. С другой стороны, если Магнитное поле очень сильное, оно быстро меняет траекторию частицы. Следовательно, частица при той же скорости и массе движется по кругу с меньшим радиусом в более сильном магнитном поле.

 


Ускорители элементарных частиц
Ускорители элементарных частиц 2 часть
Ускорители элементарных частиц 3 часть

111