Коллайдер

Перейти к навигацииПерейти к поиску
Сборка детектора элементарных частиц Belle II на электрон-позитронном коллайдере SuperKEKB, Япония.
Событие столкновения ионов золота, зарегистрированное детектором STAR в коллайдере RHIC, США.

Колла́йдер (англ. collider от collide — «сталкиваться») — ускоритель частиц на встречных пучках, предназначенный для изучения продуктов их соударений. Благодаря коллайдерам учёным удаётся придать элементарным частицам вещества высокую кинетическую энергию, направить их навстречу друг другу, чтобы произвести их столкновение.

По виду коллайдеры подразделяются на кольцевые; например, Большой адронный коллайдер в европейском ЦЕРНе и линейные, как проектируемый ILC.

История

В принципиальном виде идея использовать сталкивающиеся пучки возникла в середине XX века. Рольф Видероэ получил в 1943 году немецкий патент на идею встречных пучков, опубликованный лишь в 1953 году[1]. В 1956 году Дональд Керст предложил использовать сталкивающиеся пучки протонов для изучения физики элементарных частиц[2], а Джерард О’Нил предложил использовать накопительные кольца для получения интенсивных пучков[3]. Активные работы по созданию коллайдеров начались одновременно в конце 1950-х годов в лабораториях Фраскати (Италия), SLAC (США) и ИЯФ (СССР).

Первым заработал электрон-позитронный коллайдер AdA, построенный под руководством Бруно Тушека во Фраскати. Однако первые результаты были опубликованы на год позже (1966), чем наблюдения упругого рассеяния электронов (1965) на советском ВЭП-1 (Встречные Электронные Пучки) — машине, созданной под руководством Г. И. Будкера[4]. Ещё чуть позже были получены пучки в американском ускорителе. Эти три первых коллайдера были тестовыми, продемонстрировавшими возможность изучения на них физики элементарных частиц.

Первым адронным коллайдером стал протонный синхротрон ISR, запущенный в 1971 году CERNе с энергией 32 ГэВ в пучке. Единственный в истории линейный коллайдер — SLC[англ.], работавший в 1988—1998 годах.

Действующие коллайдеры

Данные взяты с сайта Particle Data Group[5] и из справочника «Handbook of accelerator physics and engineering»[6].

Ускоритель Центр, город, страна Год запуска Ускоряемые частицы Максимальная энергия пучка, ГэВ Светимость, 1030 см−2сек−1Периметр (длина), км
ВЭПП-2000ИЯФ, Новосибирск, Россияс 2009 e+e−1,0 100 0,024
ВЭПП-4МИЯФ, Новосибирск, Россияс 1994 e+e−6 20 0,366
ВЕРС II IHEP, Пекин, Китай с 2007 e+e−1,89 700 0,23753
DAFNEFrascati, Италияс 1999 e+e−0,51 400 0,098
SuperKEKBKEK, Японияс 2018 e+e−e−: 7; e+: 4 800 000 3,016
RHICBNL, США с 2000 pp, Au-Au, Cu-Cu, d-Au 100/n10, 0,0015, 0,02, 0,07 3,834
LHCCERN с 2008 pp,
Pb-Pb, p-Pb 		6500,
1380/n (планируется 2760/n) 		20000 (pp),
0,001 (PbPb) 		26,659

Строящиеся и проектируемые коллайдеры

Ускоритель Центр, город, страна Год запуска Ускоряемые частицы Максимальная энергия пучка, ГэВ Светимость, 1030 см−2сек−1Периметр (длина), км
NICAОИЯИ, Дубна, Россия2025? Au-Au(79+) 4,5/нуклон 0,001 0,503
Super c-tauИЯФ, Новосибирск, Россия? e+e−3 100 000 0,780
Мюмютрон ИЯФ, Новосибирск, Россия? e+e−0,408 80 0,023
eRHIC BNL, США ? e-p, e-Au 10-30 (e-), 250 (p), 130/n (Au) 1000 (e-p) 3,834
FCCCERN 2040? pp, e+e−100 000 (pp), 175 (e+e−) 1 000 000 100
ILCЯпония? e+e−500? 30-50?

Исторические коллайдеры

Ускоритель Центр, город, страна Годы работы Ускоряемые частицы Максимальная энергия пучка, ГэВ Светимость, 1030 см−2сек−1Периметр (длина), км
AdAФраскати, pИталия; Орсэ, Франция1961—1964 e+e−0,25 0,00001 0,003
ВЭП-1ИЯФ, Новосибирск, СССР 1963—1968 e−e−0,16 0,005 0,0027
CBXSLAC, Стэнфорд, Калифорния, США 1963—1967 e−e−0,55 0.03 0,012
ВЭПП-2ИЯФ, Новосибирск, СССР 1965—1972 e+e−0,7 0,38 0,0115
ACOОрсэ, Франция 1965—1975 e+e−0,55 0,11 0,022
ADONEФраскати, Италия 1969—1993 e+e−1,5 0,3 0,105
CEAКембридж, США 1971—1973 e+e−3,5 10 0.2268
ISR CERN1971—1984 pp, pp31,5 140, 0.025 0,948
SPEARSLAC, Стэнфорд, США 1972—1990 e+e−3 12,5 на 2,6 ГэВ
ВЭПП-2МИЯФ, Новосибирск, СССР/Россия1974—2000 e+e−0,7 3 0,01788
DORISDESY, Германия1974—1993 e+e−5.6 10 0.288
DCI Орсэ, Франция 1976—? e±e±3,6
PETRA DESY, Германия 1978—1986 e+e−20
CESRCornell 1979—2002 e+e−6 1280 на 5,3 ГэВ 0,768
PEP SLAC, Стэнфорд, США 1980—1990 e+e−30
SppSCERN 1981—1984 pp315 6,9
Tristan KEK, Япония1986—1995 e+e−32
Tevatron Fermilab, США 1987—2011 pp980 171 6,28
SLC SLAC, Стэнфорд, США 1988—1998 e+e−45
LEPCERN 1989—2000 e+e−104,6 24 на Z0; 100 при >90 ГэВ 26,659
ВЕРС IHEP, Пекин, Китай 1989—2005 e+e−2,2 5 на 1,55 ГэВ;
12,6 на 1,843 ГэВ 		0,2404
HERADESY, Германия 1992—2007 e±p e±: 30; p: 920 75 6,336
PEP-II SLAC, Стэнфорд, США 1999—2008 e+e−e−: 12; e+: 4 10025 2,2
KEKBKEK, Япония 1999—2010 e+e−e−: 8; e+: 3,5 16270 3,016
CESR-cCornell 2002—2008 e+e−6 60 на 1,9 ГэВ 0,768

Неосуществлённые проекты

Примечания

  1. ↑ Design and construction of the ISR Архивная копия от 12 июля 2019 на Wayback Machine, Kurt Hübner.
  2. ↑ Attainment of Very High Energy by Means of Intersecting Beams of Particles, D.W. Kerst et al., Phys. Rev., v.102, p.590-591 (1956).
  3. ↑ Storage Ring Synchrotron: Device for High Energy Physics Research Архивировано 6 марта 2012 года., G.K. O’Neill, Physical Review, v.102, p.1418-1419 (1956).
  4. ↑ AdA:The First Electron-Positron Collider Архивная копия от 27 октября 2015 на Wayback Machine, C. Bernardini, Phys. perspect. 6 (2004) 156—183.
  5. ↑ High Energy Collider Parameters. Дата обращения: 19 апреля 2011. Архивировано 2 февраля 2017 года.
  6. ↑ Handbook of accelerator physics and engineering Архивная копия от 20 марта 2015 на Wayback Machine, edited by A. Chao, M. Tigner, 1999, p.11.

Литература