Жапон ғылыми-зерттеу ұйымы: KEK және бөлшектер физикасы зертханасы
KEK
Жапонияның KEK ұйымы – бұл жоғары энергиялық физика зертханасы. Бөлшектерді үдеткіштер, материалдар ғылымы, биология және т.б. салаларындағы зерттеулер жүргізеді.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Жапондық жоғары энергиялық физика ұйымы
Japanese high energy physics organization
Жоғары энергияны жеделдетуші зерттеулер ұйымы (高エネルギー加速器研究機構), KEK деп белгілі, Жапониядағы ең ірі бөлшектер физикасы зертханасын басқару мақсатын қойған жапон ұйымы. Зертхана Ибараки префектурасының Цукуба қаласында орналасқан. Ұйым 1997 жылы құрылған. "KEK" термині зертхананың өзіне де қолданылады, онда шамамен 695 қызметкер жұмыс істейді. KEK-тің басты міндеті – жоғары энергиялық физика, материалтану, құрылымдық биология, сәулелену ғылымы, есептеу ғылымы, ядролық трансмутация және тағы да басқа салалар үшін қажетті бөлшектерді жеделдетушілерді және басқа да инфрақұрылымды ұсыну болып табылады. KEK-те көптеген эксперименттер ішкі және халықаралық ынтымақтастықтардың күшімен жүзеге асырылды. KEK-тің зейнеткер профессорларының бірі Макото Кобаяши CP симметриясының бұзылуы жөніндегі жұмысымен әлемге танымал және 2008 жылы физика саласындағы Нобель сыйлығына ие болды.
The High Energy Accelerator Research Organization (高エネルギー加速器研究機構), known as KEK, is a Japanese organization whose purpose is to operate the largest particle physics laboratory in Japan, situated in Tsukuba, Ibaraki prefecture. It was established in 1997. The term "KEK" is also used to refer to the laboratory itself, which employs approximately 695 employees. KEK's main function is to provide the particle accelerators and other infrastructure needed for high energy physics, material science, structural biology, radiation science, computing science, nuclear transmutation and so on. Numerous experiments have been constructed at KEK by the internal and international collaborations that have made use of them. Makoto Kobayashi, emeritus professor at KEK, is known globally for his work on CP violation, and was awarded the 2008 Nobel Prize in Physics.
Қазіргі кешен
SuperKEKB: Электрон-позитрон коллайдері және KEKB-ге жаңарту. Екі сақтау сақинасы бар: 7 ГэВ электрон сақтау сақинасы және 4 ГэВ позитрон сақтау сақинасы. Шеңбер ұзындығы шамамен 3,016 км. Belle II эксперименті үшін деректерді қамтамасыз ететін B мезондары мен анти-B мезондарының көп мөлшері туындайды. Фотондар Фабрикасы (PF): Синхротрон сәулесі эксперименттері үшін электрон сақтау сақинасы қолданылады. Шеңбер ұзындығы шамамен 187 м. Электрон сәулесінің энергиясы 2,5 ГэВ. Фотондар Фабрикасының Жаңартылған Сақинасы (PF AR): Синхротрон сәулесі эксперименттері үшін электрон сақтау сақинасы қолданылады. Бұл үдеткіш 6,5 ГэВ электрон сәулесімен жоғары қарқынды және импульстік рентген сәулесін тудырады. Шеңбер ұзындығы шамамен 377 м. Бұл сақина бұрын TRISTAN электрон-позитрон коллайдері үшін бустер синхротроны ретінде жұмыс істеді және бастапқыда TRISTAN жинақтау сақинасы (AR) деп аталды. KEK e+/e Linac: KEKB-ге 8,0 ГэВ электрондар мен 3,5 ГэВ позитрондарды жіберу үшін қолданылатын сызықтық үдеткіш кешені. Линак сондай-ақ PF үшін 2,5 ГэВ электрондарды және PF AR үшін 6,5 ГэВ электрондарды қамтамасыз етеді. Линак соңғы жылдары SuperKEKB үшін жаңартылды. Үдеткішті сынау орны (ATF): Өте төмен эмиссиялы сәуле тудыруға бағытталған сынақ үдеткіші. Бұл болашақ электрон-позитрон сызықтық коллайдерін іске асырудың маңызды техникаларының бірі. Электрондардың сәуле энергиясы қалыпты жұмыс істеу кезінде 1,28 ГэВ құрайды. Жоғары өткізгіштік радиожиіліктік сынау орны (STF): Халықаралық сызықтық коллайдер (ILC) үшін негізгі линак жүйелерінің прототипі ретінде жоғары градиентті жоғары өткізгіш қуыстармен сынақ линагын құру және пайдалану үшін сынақ орны. Жапонияның протондық үдеткіш зерттеу кешені (J-PARC): негізінен 600 МэВ линагы, 3 ГэВ синхротроны және 50 ГэВ синхротронынан тұратын протондық үдеткіш кешені. J-PARC KEK және JAEA арасындағы ынтымақтастықпен салынды және ядролық физика, бөлшектер физикасы, мюондық ғылым, нейтрондық ғылым, үдеткішпен басқарылатын жүйе (ADS) және басқа да көптеген қолданыстар үшін қолданылады. KEK цифрлық үдеткіші (KEK DA) – 2006 жылы тоқтатылған KEK 500 МэВ бустерлік протондық синхротронының жаңартылуы. Қазіргі 40 МэВ линагы және радиожиіліктік қуыстар электрондық циклотрондық резонанстық (ECR) ион көзімен ауыстырылды, ол 200 кВ жоғары кернеулік терминалына және индукциялық үдету ұяларына орналасқан. DA, принципі бойынша, иондардың кез келген түрін барлық мүмкін зарядтық күйлерде үдетуге қабілетті.
SuperKEKB: A electron positron collider and upgrade to KEKB. With two storage rings: a 7 GeV electron storage ring and a 4 GeV positron storage ring. The circumferential length is about 3.016 km. Large quantities of B mesons and anti B mesons will be generated providing data for the Belle II experiment. Photon Factory (PF): A electron storage ring is used for synchrotron light experiments. The circumferential length is about 187 m. The energy of the electron beam is 2.5 GeV. Photon Factory Advanced Ring (PF AR): An electron storage ring is used for synchrotron light experiments. This accelerator generates high intensity and pulsed X ray with the electron beam of 6.5 GeV. The circumferential length is about 377 m. This ring used to be operated as a booster synchrotron for TRISTAN, electron positron collider, and called TRISTAN Accumulation Ring (AR) originally. KEK e+/e Linac: A linear accelerator complex used to inject 8.0 GeV electrons and 3.5 GeV positrons to KEKB. The linac also provides 2.5 GeV electrons for PF and 6.5 GeV electrons for PF AR. The Linac has in recent years been upgraded for SuperKEKB. Accelerator Test Facility (ATF): A test accelerator is focused on generating a super low emittance beam. This is one of the essential techniques for realizing a future electron positron linear collider. The beam energy of electrons is 1.28 GeV in normal operation. Superconducting RF Test Facility (STF): A test facility to build and operate a test linac with high gradient superconducting cavities, as a prototype of the main linac systems for International Linear Collider (ILC). Japan Proton Accelerator Research Complex (J PARC): A proton accelerator complex consisting primarily of a 600 MeV linac, a 3 GeV synchrotron and 50 GeV synchrotron. J PARC was built with a collaboration between KEK and JAEA, and is used for nuclear physics, particle physics, muon science, neutron science, Accelerator Driven System (ADS) and a range of other applications. KEK digital accelerator (KEK DA) is a renovation of the KEK 500 MeV booster proton synchrotron, which was shut down in 2006. The existing 40 MeV drift tube linac and rf cavities have been replaced by an electron cyclotron resonance (ECR) ion source embedded in a 200 kV high voltage terminal and induction acceleration cells, respectively. A DA is, in principle, capable of accelerating any species of ion in all possible charge states.
Қалпына келтіру кешені
Протондық синхротрон (PS): Протонды 12 ГэВ-қа дейін үдетуге арналған үдеткіш кешен. PS негізінен 750 кэВ алдын ала үдеткіштен, 40 МэВ линактен, 500 МэВ бустер синхротронынан және 12 ГэВ негізгі сақинадан тұрды. PS ядролық және бөлшектер физикасы үшін қолданылды. PS сондай-ақ KEK-те KEK-тен Камиокаға (K2K) эксперименті үшін 12 ГэВ протондық сәулесін нейтрино сәуле желісіне жіберді. PS 1976 жылы 8 ГэВ жобаланған энергиясына жетті. PS 2007 жылы жабылды. Нейтрино сәуле желісі: Нейтриноларды KEK-тен шамамен 250 км қашықтықта орналасқан Super Kamiokande-ге бағыттайтын сәуле желісі. 1999 жылдан 2004 жылға дейін K2K деп аталған нейтрино тербелісі эксперименті жүргізілді. 2009 жылдан бері J-PARC қолданылып, Токайдан Камиокаға (T2K) деп аталған нейтрино тербелісі эксперименті жүргізілуде. Жапониядағы (TRISTAN) Транспозициялық сақиналы қиылысатын сақтау үдеткіші: 1987 жылдан 1995 жылға дейін электрон-позитрон коллайдері жұмыс істеді. Басты мақсаты – топ кваркын анықтау. Электрон мен позитрон энергиясы 30 ГэВ болды. TRISTAN-да үш детектор болды: TOPAZ, VENUS және AMY. KEKB TRISTAN туннелін пайдалану арқылы салынды.
Proton Synchrotron (PS): An accelerator complex to accelerate protons up to 12 GeV. PS had consisted primarily of a 750 keV pre accelerator, a 40 MeV linac, a 500 MeV booster synchrotron and a 12 GeV main ring. PS had been used for nuclear and particle physics. PS also had provided the 12 GeV proton beam to a neutrino beam line in KEK for a KEK to Kamioka (K2K) experiment. PS achieved its design energy of 8 GeV in 1976. PS was shut down in 2007. Neutrino Beam Line: A beam line to drive neutrinos into Super Kamiokande, which is about 250 km away from KEK, and a neutrino oscillation experiment named K2K had been conducted from 1999 to 2004. A neutrino oscillation experiment named Tokai to Kamioka (T2K) has been conducted using J PARC since 2009. Transposable Ring Intersecting Storage Accelerator in Nippon (TRISTAN): An electron positron collider had been operated from 1987 to 1995. The main purpose was detecting top quark. The electron and positron energy were 30 GeV. TRISTAN had three detectors: TOPAZ, VENUS and AMY. KEKB was built through the use of the tunnel of TRISTAN.
Қазіргі және болашақ жоспарлар
SuperKEKB: 7 ГэВ электронды сақтау сақинасы мен 4 ГэВ позитронды сақтау сақинасынан тұратын электрон-позитрон соқтығыстырғышы, сәуле тогын арттыру, сәулелерді өзара әрекеттесу нүктесіне шоғырландыру және электромагниттік сәулелердің өзара әрекеттесуін азайту арқылы жоғары жарықтылыққа қол жеткізу мақсатында құрылған. Күтілетін жарықтылық 8×1035 см−2 с−1 шамасында, бұл KEKB-нің бастапқы жобалық көрсеткішінен 60 есе артық. SuperKEKB нано-сәуле схемасын қабылдады. KEK наноөлшемді позитрон сәулесін жасау үшін жаңа демпинг сақинасын салуды жоспарлап отыр. 2010 жылдың қазан айында Жапония үкіметі SuperKEKB жобасын ресми мақұлдады, ал 2010 жылдың маусым айында 2010-2012 жылдарға арналған «Өте жоғары деңгейдегі ғылыми-зерттеулерді қолдау бағдарламасы» үшін 100 миллион доллар (¥100 = $1) бастапқы бюджет бөлінді. Бағдарламаның жалпы бюджеті шамамен 315 миллион долларды құрайды. Модернизация 2018 жылы аяқталып, алғашқы соқтығысулар осы жылы өтті. Ең жоғары жарықтылыққа 2021 жылы қол жеткізіледі. Belle II эксперименті SuperKEKB-де жүргізіледі. Compact Energy Recovery Linac (cERL): Болашақ Energy Recovery Linac (ERL) синхротронды жарық көзі үшін сынақ үдеткіші. cERL сәулелік эксперименттер арқылы ERL-дегі үдеткіш физикасының белгісіздіктерін зерттейді. cERL-де сәулелерді іске қосу 2013 жылдан бастап 35 МэВ электронды сәулемен жоспарланған. KEK, cERL эксперименттерінен кейін 5 ГэВ ERL құрастыруды жоспарлап отыр, ол өте жоғары жарықтылықты және өте қысқа импульсті синхротронды жарықты қамтамасыз етеді. International Linear Collider (ILC): Болашақтағы электрон-позитрон сызықтық соқтығыстырғышы, ұзындығы шамамен 31 километр болатын суперөткізгіш резонаторлардан және 6,7 километр шеңбері бар электрондар мен позитрондарға арналған екі демпинг сақинасынан тұрады. Электрон мен позитрон энергиясы 500 ГэВ-қа дейін жетеді, 1 ТэВ-қа дейін арттыру мүмкіндігі қарастырылған. ILC жобасына әлемнің 300-ге жуық зертханасы мен университеті қатысады: 700-ден астам адам үдеткішті жобалаумен, ал тағы 900-ға жуық адам детекторды әзірлеумен айналысады. Үдеткішті жобалау жұмыстарын Global Design Effort, ал физика және детектор жұмыстарын World Wide Study координациялайды.
SuperKEKB: An electron positron collider, consisting of a 7 GeV electron storage ring and a 4 GeV positron storage ring, to achieve higher luminosity by means of increasing the beam current, focusing the beams at the interaction point and making the electromagnetic beam beam interactions small. The target luminosity has been set to 8×1035 cm−2 s−1, about 60 times higher than the KEKB's original design value. SuperKEKB has adopted a nano beam scheme. KEK will build a new damping ring in order to generate the nano scale positron beam. On October, 2010 the Japanese government formally approved the SuperKEKB project, and on June, 2010 an initial budget of 100 million dollars (¥100 = $1) for a Very Advanced Research Support Program was assigned for 2010 2012. The total budget is about 315 million dollars (¥100 = $1) by the program. The upgrade will be completed, and the first collisions have been conducted in 2018. The highest luminosity will be achieved in 2021. Belle II experiment will be conducted using SuperKEKB. Compact Energy Recovery Linac (cERL): A test accelerator for a future synchrotron light source named Energy Recovery Linac (ERL). cERL will study the uncertainty of the accelerator physics in the ERL through the beam experiments. The beam commissioning in cERL will be scheduled from 2013 with a 35 MeV electron beam. KEK has a plan that will build 5 GeV ERL, provides ultra high brightness and ultra short pulsed synchrotron light, after the cERL experiments. International Linear Collider (ILC): A future electron positron linear collider consisting of superconducting cavities with a length of approximately 31 kilometers in length and two damping rings, for electrons and positrons, with a circumference of 6.7 kilometers. The electron and positron energy will be up to 500 GeV with an option to upgrade to 1 TeV. Nearly 300 laboratories and universities around the world are involved in the ILC: more than 700 people are working on the accelerator design, and another 900 people on detector development. The accelerator design work is coordinated by the Global Design Effort, and the physics and detector work by the World Wide Study.
Компьютерлер
KEK-те Жапониядағы ең жоғары жылдамдықтағы компьютерлер бар, ал KEK-тегі Компьютерлік зерттеу орталығы компьютерлік жүйелерді басқарады. Hitachi компаниясы жасаған SR16000 суперкомпьютерінің теориялық еңбек ету қуаты 46 TFLOPS құрайды. IBM компаниясы жасаған Blue Gene Solution суперкомпьютерінің теориялық еңбек ету жылдамдығы 57,3 TFLOPS-қа тең. Бұл суперкомпьютерлер негізінен кванттық хромодинамика және сандық үдеткіш физикасын зерттеу үшін қолданылды, ал болашақта жаңа суперкомпьютерді енгізу мақсатында олар тоқтатылды. Компьютерлік зерттеу орталығы басқа компьютерлік жүйелерді де басқарады: KEKCC, B-фабрикасының компьютерлік жүйесі және Синхротрон жарығының компьютерлік жүйесі. KEK 1992 жылдың 30 қыркүйегінде Жапониядағы алғашқы веб-сайтының иесі болды. Алғашқы веб-сайт әлі де қолжетімді.
KEK has computers which are fastest class in Japan, and Computing Research Center in KEK manages the computer systems. The theoretical operation performance of SR16000, a super computer made by HITACHI, is 46 TFLOPS. The theoretical operation performance of Blue Gene Solution, a super computer made by IBM, is 57.3 TFLOPS. These super computers had been used to study quantum chromodynamics and numerical accelerator physics mainly, and these super computers have been shut down in order to introduce a next super computer in the future. Computing Research Center also manages the other computer systems: KEKCC, B factory Computer System and Synchrotron Light Computer System. KEK hosted the first web site in Japan on September 30, 1992. The original web site can still be seen.