Колайдер

Кола̀йдерът (на английски: collider от на английски: collide – сблъскване) е ускорител на насрещни снопове от елементарни частици, предназначен за изучаване на продуктите от тези сблъсъци. Посредством колайдерите учените успяват да сблъскват елементарни частици на материята с голяма взаимна кинетична енергия, а след това да изучават проявленията от тези сблъсъци.

Принцип на работа

Колайдерите са два вида – кръгови, например големият адронен ускорител в Европейския център за ядрени изследвания CERN (Centre europeen de recherche nucleaire), и линейни, като проектирания Международен линеен колайдер (International Linear Collider).

История

През 1956 г. Доналд Керст предлага използването на сблъскващи се протонни снопове за изучаване на физиката на елементарните частици[1], а Джерард О'Нил предлага използването на натрупващи пръстени (storage rings) за получаване на интензивни снопове от елементарни частици.[2] Активната работа по създаване на колайдерите започва едновременно в края на 1950-те години в лабораториите Фраскати (Италия), SLAC (САЩ) и ИЯФ (СССР).

Първи заработва електронно-позитронният колайдер AdA, построен под ръководството на австрийския физик Бруно Тушека във Фраскати. Обаче първите резултати са публикувани през 1966 г., една година по-късно в сравнение с наблюденията на еластично разсейване на електрони през 1965 г. на НЕС-1 под ръководството на акад. Герш Будкер.[3] По-късно са получени насрещни снопове и в американския ускорител. Тези три първи колайдера са тестващи устройства, демонстрирали възможността за изучаване физиката на елементарните частици в колайдери.

Първият адронен колайдер става протонният синхротрон ISR, пуснат в действие през 1971 г. в CERN с енергия от 32 GeV в снопа. Единственият в историята работещ линеен колайдер – SLC, работи в периода 1988 – 1998 г.

Действащи колайдери

Данните са взети от сайта Particle Data Group[4] и от справочника „Handbook of accelerator physics and engineering“[5].

Ускорител Център, град, страна Година на пускане Ускоряеми частици Максимална енергия на снопа, GeV Светимост, 1030 cm−2s−1 Периметър (дължина), km
ВЕПП-2000 ИЯФ, Новосибирск, Русия от 2006 е+е− 1,0 100 0,024
ВЕПП-4М ИЯФ, Новосибирск, Русия от 1994 е+е− 6 20 0,366
ВЕРС-II IHEP, Пекин, Китай от 2007 е+е− 1,89 2700 0,23753
DAFNE Фраскати, Италия от 1999 е+е− 0,7 150 0,098
Теватрон Фермилаб, САЩ от 1987 pp 980 171 6,28
RHIC BNL, САЩ от 2000 pp, Au-Au, Cu-Cu, d-Au 100/n 10, 0,0015, 0,02, 0,07 3,834
LHC CERN от 2008 pp, Pb-Pb 3500 (планират се 7000),
1380/n (планират се 2760/n) 		10000 (достигнати 700),
0,001 (планират се) 		26,659

Исторически колайдери

Ускорител Център, град, страна Години на работа Ускоряеми частици Максимална енергия на снопа, GeV Светимост, 1030 cm−2s−1 Периметър (дължина), km
AdA Фраскати, Италия; Орсе, Франция 1962 – 1964 е+е− 0,25 0,003
CBX Станфорд, САЩ 1963 – 1965 е−е− 0,3 0,012
ВЕП-1 ИЯФ, Новосибирск, Русия 1963 – 1968 е−е− 0,16 0,005 0,0027
ВЕПП-2 ИЯФ, Новосибирск, Русия 1965 – 1974 е+е− 0,7 0,0115
ACO Орсе, Франция 1966 – ? е+е− 1
ADONE Фраскати, Италия 1969 – 1993 е+е− 1,5
CEA Кембриджки университет, Великобритания 1971 – ? е+е− 6
ISR CERN 1971 – 1984 pp 31,5 0,948
SPEAR SLAC, Станфорд, САЩ 1972 – 1990 е+е− 3
ВЕПП-2М ИЯФ, Новосибирск, Русия 1974 – 2000 е+е− 0,7 3 0,012
DORIS DESY, Германия 1974 – 1993 е+е− 5
DCI Орсе, Франция 1976 – ? е±е± 3,6
PETRA DESY, Германия 1978 – 1986 е+е− 20
CESR Корнелски университет 1979 – 2002 е+е− 6 1280 на 5,3 GeV 0,768
PEP SLAC, Станфорд, САЩ 1980 – 1990 е+е− 30
SppS CERN 1981 – 1984 pp 315 6,9
Tristan KEK, Япония 1986 – ? е+е− 60
SLC SLAC, Станфорд, САЩ 1988 – 1998 е+е− 45
LEP CERN 1989 – 2000 е+е− 104,6 24 на Z0; 100 при >90 GeV 26,659
ВЕРС IHEP, Пекин, Китай 1989 – 2005 е+е− 2,2 5 на 1,55 GeV;
12,6 на 1,843 GeV 		0,2404
HERA DESY, Германия 1992 – 2007 е±р е±: 30; p: 920 75 6,336
PEP-II SLAC, Станфорд, САЩ 1999 – 2008 е+е− е−: 12; e+: 4 10025 2,2
KEKB KEK, Япония 1999 – 2010 е+е− е−: 8; е+: 3,5 16270 3,016
CESR-C Cornell 2002 – 2008 е+е− 6 60 на 1,9 GeV 0,768

Забележки

  1. ↑ 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)
  2. ↑ Storage Ring Synchrotron: Device for High Energy Physics Research Архив на оригинала от 2012-03-06 в Wayback Machine., G.K. O'Neill, Physical Review, v.102, p.1418 – 1419 (1956)
  3. ↑ AdA:The First Electron-Positron Collider Архив на оригинала от 2015-10-27 в Wayback Machine., C. Bernardini, Phys. perspect. 6 (2004) 156 – 183
  4. ↑ High Energy Collider Parameters
  5. ↑ Handbook of accelerator physics and engineering, edited by A. Chao, M. Tigner, 1999, p.11.