Ускорители элементарных частиц 3 часть

В Советском Союзе также обсуждался проект ускорителя протонов на 1000 Гэв. Безусловно, работы на вводимых в строй ускорителях протонов сделают 70-е годы нашего столетия весьма плодотворными в накоплении знаний о закономерностях микромира.

Следует отметить, что строительство ускорителя на большие энергии — предприятие очень трудное, с массой технических проблем. Так, например, Европейский ускоритель протонов на 500 Гэв будет иметь диаметр кольца, вдоль которого пролетают ускоряемые частиAi, в два с небольшим километра. И на всем протяжении кольца должны быть выдержаны колоссальные точности как в конструкции, так и в величине электромагнитных полей. Кроме этого, необходимо в громадном объеме постоянно поддерживать высокий 'вакуум. Если хоть одно из этих условий не будет выполнено, пучок ускоренных частиц будет разрушаться, уходить на стенки камеры ускорителя и т. д. Имеется еще одна очень важная проблема в работе ускорителя. Мало суметь ускорить протон до большой энергии. Необходимо ускорить мноґо протонов, т. е. иметь большую интенсивность на ускорителе, поскольку многие интересные события, происходящие в результате взаимодействия ускоренных протонов с ядрами мишени, происходят с малой вероятностью, и малоинтенсивные ускорители не дают возможности изучать такое явление. Действительно, очень трудно работать с каким-либо процессом, если из-за его малой вероятности требуется время для эксперимента порядка года или больше. Поэтому на всех ускорителях стараются различными способами повысить интенсивность ускоренного пучка частиц.
Сейчас больших успехов достигло развитие ускорителен на встречных пучках частиц. Простой подсчет показывает, что для того чтобы повысить энергию частиц в ускорителе в 10 раз, необходимо при неизменном магнитном поле увеличивать диаметр кольца ускорителя также в 10 раз, либо увеличивать удерживающее магнитное поле, что также очень трудно. Вспомнив два километра для диаметра Европейского ускорителя на 500 Гэв, мы получим невероятную на сегодняшний день цифру для диаметра ускорителя в 5000 Гэв. Но имеется принципиально другой путь эффективного увеличения энергии ускоренных частиц. Сейчас эксперимент, в большинстве случаев происходит по схеме — падающий пучок и неподвижная мишень. А хорошо известно, что если автомобиль налетает на стоящий автомобиль, оба разваливаются на несколько частей. При ударе же мчащихся навстречу автомобилей эффективная энергия удара гораздо больше, и оба автомобиля разлетаются на гораздо' большее число осколков. Так и с элементарными частицами. Если мишень летит навстречу ускоренному пучку, эффективная энергия соударения сильно увеличивается. Причем в релятивистском случае (скорость близка к скорости света) зависимость от энергии пучка квадратичная. Мишенью может служить второй ускоренный пучок частиц, мчащийся навстречу первому. Чтобы увеличить эффективную энергию соударения в ускорителе на встречных пучках в 100 раз, достаточно увеличить энергию каждого из сталкивающихся пучков в 10 раз. В настоящее время имеются ускорители на встречных пучках электронов в Новосибирске, во Фраскатти в Италии. Ускоритель со встречным пучком протонов вводится в строй в Женеве (в ЦЕРНе). Отметим, что превышение над массой покоя, достигаемое в ускорителях электронов, гораздо больше, чем в ускорителях протонов. Так на самом большом в СССР электронном ускорителе в Ереване энергия электронов равна 6 Гэв, т. е. превышает массу покоя электронов в 12 000 раз, а на самом большом по энергии линейном ускорителе электронов в Стэн-форде (США) достигнута в 3,3 раза большая энергия электронов.
И еще одно направление связано с изучением свойств атомных ядер. Очень интересен вопрос о том, почему количество химических элементов именно такое, как указано в существующих сегодня таблицах. Ведь мы знаем, что ядра состоят из протонов и нейтронов. Нельзя ли создавать по своему усмотрению из этого строительного материала новые атомные ядра с очень большими электрическими зарядами? Но ядра с большим количеством протонов и нейтронов нестабильны и разваливаются. Однако с точки зрения чисто научной, а может быть, и с точки зрения возможных применений эта область ядерной физики сейчас привлекает большое внимание.

* * *
Кроме необходимости развивать ускорители, физика микромира требует постоянного совершенствования приборов, регистрирующих продукты реакций элементарных частиц и позволяющих измерять их энергии и скорости. Кроме того, необходимо автоматизировать обработку полученных результатов. Современный крупный эксперимент с элементарными частицами, такой, как эксперимент с нейтрино, немыслим без применения вычислительной машины.

 


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

111