Научный взгляд на устройство вселенной
жүктеу/скачать 8,11 Mb. Pdf көрінісі
|
knocking on
| N
ATLAS CMS РИС . 24. Примерное расположение Большого адронного коллайдера. Белым условно обозначен подземный тоннель, дальше видны Же- невское озеро и горы. (Фото предоставлено Европейским центром ядерных исследований.) БРАТСТВО КОЛЕЦ Протоны всюду — и вокруг, и внутри нас. Как правило, однако, они связаны в ядрах атомов, окруженных к тому же электронами. Они не изолированы от электронов и не коллимированы (то есть не выстроены параллельными рядами) в пучках. БАК первым де- лом выделяет и разгоняет протоны, а затем направляет пучок ча- стиц навстречу уготованной им судьбе. При этом многочисленные рекордные возможности БАКа оказываются совсем не лишними. Первый шаг в подготовке протонных пучков — нагревание атомов водорода; при этом атомы теряют электроны и остаются 176 АППАРАТУРА, ИЗМЕРЕНИЯ И ВЕРОЯТНОСТИ одни протоны (ядро атома водорода — это, собственно, и есть про- тон). Магнитные поля задают этим протонам направление дви- жения и формируют из них пучки. Затем БАК в несколько этапов разгоняет эти пучки. Происходит это в определенных зонах; про- тоны, двигаясь от одного «акселератора» к другому, всякий раз уве- личивают свою энергию, пока, наконец, не отклоняются от одного из двух параллельных пучков, чтобы столкнуться. Первая фаза ускорения происходит в линейных ускорителях типа Linac — на прямых участках тоннеля, где протоны разгоняют- ся по прямой при помощи радиоизлучения. В пике стоячей радио- волны связанное с ней электрическое поле разгоняет протоны. Затем пучок протонов вынуждают выйти из поля, чтобы при его ослаблении протоны не замедлились. Далее, при приближении к очередному пику волны, протоны возвращаются в поле и вновь ускоряются — и так раз за разом. По существу, электромагнитная волна здесь периодически подталкивает протоны — примерно так же, как вы подталкиваете ребенка, раскачивая его на качелях. Энергия протонов растет, но на этой — первой — стадии ускоре- ния частицы получают лишь крохотную ее долю. На следующей стадии магниты направляют протоны в систему колец, где они продолжают ускоряться. Каждый из этих цикли- ческих ускорителей действует примерно так же, как описанный выше линейный ускоритель, однако кольцевая форма позволяет им подталкивать протоны и повышать тем самым их энергию на каждом круге в тысячи раз. Промежуточные кольцевые уско- рители передают частицам значительную часть энергии. «Братство колец», ускоряющее протоны перед подачей их в большое кольцо БАКа, состоит из протонного синхротрона-раз- гонщика (protonsynchrotronbooster, PSB), обеспечивающего раз- гон частиц до 1,4 ГэВ, протонного синхротрона (protonsynchrotron, PS), поднимающего энергию частиц до 26 ГэВ, и протонного су- персинхротрона (superprotonsynchrotron, SPS), доводящего ее до так называемой энергии впрыска, равной 450 ГэВ (маршрут путешествия протона можно увидеть на рис. 25). Именно с такой энергией протоны попадают в 27-километровый тоннель на по- следнюю стадию ускорения. ОДНО КОЛЬЦО, ЧТОБЫ ПРАВИТЬ ВСЕМ… 177 Два ускорительных кольца из перечисленных «пришли» из прежних проектов Европейского центра ядерных исследова- ний. Старейшее из них — кольцо PS — в ноябре 2009 г. отметило золотой юбилей, а PSB в 1980-е годы играл важнейшую роль в пре- дыдущем крупном проекте — ускорителе LEP. После SPS для протонов начинается двадцатиминутная фаза впрыска, или инжекции . За это время пришедшие из SPS протоны с энергией 450 ГэВ разгоняются в большом кольце БАКа до полной энергии. Протоны в тоннеле движутся двумя отдельными пучками в противоположных направлениях по тонким трехдюймовым тру- бам, протянувшимся на все 27 км подземного кольца. жүктеу/скачать 8,11 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|