 |
 |
 |
 |
|
 |
 |
100
ускорители, рассчитанные на высокие энергии, делались по принципу телевизионной трубки
линейными, то, как показывают расчеты, их размеры достигали бы многих сотен километров.
Поэтому ускоритель как бы сворачивают в кольцо, заставляя частицы многократно проходить
участки, где действует ускоряющее электрическое поле. Чем выше энергия частиц, тем труднее
завернуть их, пустить по круговой траектории, тем более сильные заворачивающие магнитные
поля нужны для этого. Кроме того, одноименно заряженные частицы в пучке взаимно
отталкиваются, и рассеиваются на остатках атмосферы в вакуумной трубе ускорителя. Поэтому
наряду с поворачивающими магнитами нужны и магниты фокусирующие, сжимающие частицы в
тонкий пучок. Максимальная энергия современных ускорителей ограничивается разумным
пределом размеров и стоимости именно магнитной системы, наиболее громоздкой и
дорогостоящей.
Сформированный ускорителем пучок частиц (обычно это электроны или примерно в 2000 раз
более тяжелые протоны) направляют на специально подобранную, исходя из задач эксперимента,
мишень, при соударении с которой рождается множество разнообразных вторичных частиц. С
помощью достаточно сложных систем – детекторов – эти частицы регистрируют, определяют их
массу, электрический заряд, скорость и многие другие характеристики. Затем путем сложной
математической обработки этой информации на ЭВМ восстанавливают траекторию движения и
всю картину взаимодействия ускоренной частицы с веществом мишени. И, наконец, сопоставляя
результаты измерений с предварительным расчетом, делают выводы о параметрах теоретической
модели взаимодействия. Именно здесь и добывается новое знание о свойствах внутриядерных
частиц. Очень может быть, что именно знания, которые даст нам физика высоких энергий,
позволят создать новую энергетику – энергетику XXI в., которая положит конец тотальному
уничтожению ресурсов нашей планеты.
Вместо неподвижной мишени можно использовать и встречный ускоренный пучок частиц. Это
позволяет при соответствующей компоновке ускорителей гораздо эффективнее использовать
энергию их пучков. Такие самые современные ускорители на встречных пучках называют
коллайдерами. В мире пока всего несколько коллайдеров. Они находятся в США, Японии,
Германии, а также в Европейской организации ядерных исследований (ЦЕРН), базирующейся в
Швейцарии. Наша страна много лет также была среди лидеров в разработке и строительстве
ускорителей и соответственно в физике высоких энергий. Так, в частности, были в свое время
«мировыми рекордсменами» по энергии ускоренных протонов и по своим размерам построенный
в 1956 г. синхрофазотрон в Дубне (энергия 10 ГэВ, длина орбиты частиц около 200 м, вес
кольцевого электромагнита 40 тыс. т), а затем – построенный в 1967 г. синхротрон в городе
Протвино близ Серпухова (энергия 70 ГэВ, длина орбиты 1,5 км, вес электромагнита 22 тыс. т). С
помощью этих устройств был получен целый ряд фундаментальных результатов и сделано
несколько открытий. Были, например, впервые зарегистрированы ядра антивещества и обнаружен
так называемый «серпуховский эффект» – возрастание полных сечений адронных взаимодействий
(величин, определяющих ход реакции двух сталкивающихся частиц) и многое другое.
Ускоритель У-70 Института физики высоких энергий в Протвино поныне остается крупнейшим
в России. На нем проводят исследования физики из многих лабораторий нашей страны и стран
СНГ, выполняется ряд совместных с Западом физических программ. В ходе его реконструкции
для начальной стадии ускорения был установлен первый в мире линейный ускоритель с
высокочастотной фокусировкой, без магнитов, а также введен в действие «промежуточный»
синхротрон на энергию 1,5 ГэВ диаметром 30 м. В результате этой модернизации интенсивность
протонного пучка (грубо говоря, количество частиц в пучке) была усилена на порядок, что
позволило даже после появления за рубежом более мощных ускорителей сохранить интерес
физиков к отечественной исследовательской программе. Одновременно был разработан проект
нового ускорителя УНК (ускорительно-накопительный комплекс), который на долгое время мог
стать наиболее мощным в мире и привлечь лучшие силы мирового физического общества. Уже в
1983 г., после принятия соответствующего правительственного решения, в Протвино начались
работы по сооружению УНК, который в итоге должен был обеспечивать энергию 3000 ГэВ – это
втрое превышает энергию наиболее мощного сейчас в мире ускорителя лаборатории имени Э.
Ферми (ФНАЛ) в США.
Для УНК прорыли кольцевой тоннель длиной 21 км и диаметром около 5 м (по размерам он
сопоставим с кольцевой линией московского метро). В нем планировали установить
сверхпроводящие магниты, которые уже прошли испытания. Однако с распадом СССР