Симон ван дер Меер: Физик-экспериментатор және үлесі CERN жобасына

Кіріспе

Нидерланд физигі (1925–2011)

Саймон ван дер Мёр (24 қараша 1925 – 4 наурыз 2011) – нидерланд бөлшектер үдегіш физигі, 1984 жылы физика саласындағы Нобель сыйлығын Карло Руббиямен бөлісіп алды. Олардың CERN жобасына қосқан үлесі әлсіз өзара әрекеттесудің екі негізгі бөлшегі – W және Z бөлшектерін ашуға мүмкіндік берді.

Өмірбаян

Төрт баланың бірі Саймон ван дер Мэр Нидерландының Гаага қаласында мұғалімдер отбасында туып өсті. Ол қаланың гимназиясын 1943 жылы, Нидерланды неміс оккупациясы астында болған кезде бітірді. Ол Делфт технологиялық университетінде техникалық физиканы оқып, 1952 жылы инженер дипломын алды. Бірнеше жыл Эйндховендегі Philips Research компаниясында электронды микроскопияға арналған жоғары кернеулі жабдықтармен жұмыс істегеннен кейін, 1956 жылы CERN-ге қосылды және 1990 жылы зейнетке шыққанға дейін онда қызмет етті. Саймон ван дер Мэр Нобель сыйлығының иегері Тьяллинг Купманспен алыс туыс болды – олар бес туысқанды туыстар еді. 1960 жылдардың ортасында Саймон ван дер Мэр Катарина М. Купманға үйленді, олардың бір қызы мен ұлы болды.

CERN-дегі жұмыс

1950 жылдары Ван дер Меер 28 ГеВ протондық синхротронына (PS) арналған магниттерді жобалады. 1961 жылы ол «Ван дер Меер мүйізі» деп аталатын импульстік фокус құрылғысын ойлап тапты. Мұндай құрылғылар ұзақ базалық нейтрино нысандары үшін қажет және бүгінгі күнге дейін қолданылады. 1960 жылдары муонның аномальды магниттік моментін зерттейтін физикалық эксперимент үшін кішкентай сақтау сақинасының дизайны жасалды. Содан кейін, келесі онжылдықта Ван дер Меер, қиылысатын сақтау сақиналарының (ISR) қуат көзінің реттелуі мен басқарылуы бойынша өте инновациялық жұмыс істеді, ал кейінірек SPS үшін де осылай жасады. Ван дер Меердің 1970 жылдардағы ISR коллайдерлік тәжірибесі оның соқтығысатын сәулелердің жарықтығын калибрлеу әдісіне әкелді, бұл әдіс алғаш рет ISR-де қолданылды және бүгінгі күні LHC-де, сондай-ақ басқа коллайдерлерде де қолданылуда. Нобель сыйлығы комитеті Ван дер Меердің стохастикалық салқындату идеясын және оның 1970 және 1980 жылдардағы CERN-дегі қолданылуын, әсіресе Протон-антипротон коллайдеріне антипротон жеткізген Антипротондық аккумуляторда мойындады. ISR-дегі жұмысы барысында Ван дер Меер екі соқтығысатын сәулені бір-біріне қатысты тік бағытта жылжыту үшін басқарушы магниттерді пайдаланатын әдіс әзірледі; бұл сәуленің тиімді биіктігін бағалауға мүмкіндік берді, нәтижесінде қиылысу нүктесіндегі сәуленің жарықтығын бағалауға қол жеткізілді. «Ван дер Меер сканерлері» бүгінгі күні LHC эксперименттерінде де таптырмас құрал болып табылады; оларсыз коллайдердегі қиылысу нүктелеріндегі жарықтықтың калибрлеу дәлдігі айтарлықтай төмендеп кетер еді. 1970 жылдардың басында салынған жаңа SPS машинасы үшін, ол бүктеу және квадрупольді қуат көздері үшін анықтамалық кернеуді жасаудың негізі цикл бойындағы өрістің өлшеулеріне негізделуі керек екенін ұсынды және түзету алгоритмдерінің жоспарын берді. Оның ұсынысы географиялық тұрғыдан тараған жүйе үшін алғашқы компьютерлік басқарылатын жабық циклдық жүйеге әкелді, өйткені 7 км шеңберлі SPS осындай еді; бұл 1970 жылдардың басында оңай жетістік емес еді. Негізгі магнит тогының өлшеулері тек кейінірек, SPS ppбар коллайдері үшін сақтау сақинасы ретінде жұмыс істеуі керек болғанда енгізілді. Ван дер Меердің үдеткіштер туралы білімі және компьютерлік бағдарламалау дағдылары оған антипротон көздерін басқару үшін өте күрделі қосымшалар мен құралдарды, сондай-ақ Нобель сыйлығын жеңіп алған жаңалықтарды SPS коллайдеріне антипротонды беруді дамытуға мүмкіндік берді. AA және AC антипротон көздерінің кешенді машиналары 1987 жылдан 1996 жылға дейін CERN-нің үдеткіштерінің репертуарындағы ең жоғары автоматтандырылған машиналар жиынтығы болып қала берді.

In the 1950s, Van der Meer designed magnets for the 28 GeV Proton Synchrotron (PS) In 1961, he invented a pulsed focusing device, known as the ‘Van der Meer horn’. Such devices are necessary for long base line neutrino facilities and are used even today. That was followed in the 1960s by the design of a small storage ring for a physics experiment studying the anomalous magnetic moment of the muon. Soon after and in the following decade, Van der Meer did some very innovative work on the regulation and control of powersupplies for the Intersecting Storage Rings (ISR) and, later, the SPS. Van der Meer's ISR Collider days in the 1970s led to his technique for luminosity calibration of colliding beams, first used at the ISR and still used today at the LHC, as well as in other colliders. The Nobel Prize committee recognised Van der Meer's idea of stochastic cooling and its application at CERN in the late 1970s and 1980s, specifically in the Antiproton Accumulator, which supplied antiprotons to the Proton Antiproton Collider. During his work at the ISR, Van der Meer developed a technique using steering magnets to vertically displace the two colliding beams with respect to each other; this permitted the evaluation of the effective beam height, leading to an evaluation of the beam luminosity at an intersection point. The famous ‘Van der Meer scans’ are indispensable even today in the LHC experiments; without these, the precision of the calibration of the luminosity at the intersection points in the Collider would be much lower
For the new SPS machine constructed in the early seventies, he proposed that the generation of the reference voltages for the bending and quadrupole supplies should be based on measurements of the field along the cycle, and gave an outline of the correction algorithms. His proposal resulted in the first ever computer controlled closed loop system for a geographically distributed system, as the 7 km circumference SPS was; this was a no simple feat for the early 1970s. Measurements of the main magnet currents were introduced only later, when the SPS had to run as a storage ring for the SPS p–pbar collider. Van der Meer's accelerator knowledge and computer programming meant he developed very sophisticated applications and tools to control the antiproton source accelerators as well as the transfer of antiprotons to the SPS Collider for Nobel winning discoveries. The AA and AC pbar source complex machines remained from 1987 to 1996 the most highly automated set of machines in CERN's repertoire of accelerators.

Нобель сыйлығы

Ван дер Меер бөлшектер сәулелерін стохастикалық тоңазыту әдісін ойлап тапты. Оның әдісі CERN-дегі Супер Протон Синхротронында 540 ГеВ орталық массалық энергиясында немесе сәулесіне 270 ГеВ-қа тең қарсы айналатын протон сәулелерімен майқаусыздау үшін қарқынды антипротон сәулелерін жинақтау үшін қолданылды. Мұндай соқтығысулар W және Z бозондарын тудырды, оларды 1983 жылы Карло Руббия басқарған UA1 эксперименті алғаш рет анықтады. W және Z бозондары бірнеше жыл бұрын теориялық тұрғыда болжанған, ал олардың эксперименталдық ашылуы CERN үшін маңызды жетістік деп есептелді. Ван дер Меер мен Руббия жобаға еңсерген үлесі үшін 1984 жылғы Нобель сыйлығын бөлісті. Ван дер Меер мен Эрнест Лоуренс – Нобель сыйлығын алған екі ғана үдеткіш физигі. Нобель сыйлығынан басқа, Ван дер Меер 1984 жылы Нидерланд Корольдік өнер және ғылым академиясының мүшесі атанды.