CERN-дегі Супер Протон Синхротроны (SPS) – бөлшектерді үдеткіш. 400 ГэВ энергияға жетуге қабілетті, бірақ Fermilab одан озып кетті. Физика зерттеулеріне арналған.
Суперпротондық синхротроны (SPS) – CERN-дегі синхротрон типіндегі бөлшектерді жеделдететін үдегіш. Ол Женева қаласына жақын, Франция мен Швейцария шекарасының бойында салынған дөңгелек туннельде орналасқан.
The Super Proton Synchrotron (SPS) is a particle accelerator of the synchrotron type at CERN. It is housed in a circular tunnel, in circumference, straddling the border of France and Switzerland near Geneva, Switzerland.
Тарих
SPS-ті сол кездегі II зертхананың бас директоры Джон Адамс басқарған команда жасады. Бастапқыда 300 ГеВ үдеткіш ретінде жоспарланған SPS іс жүзінде 400 ГеВ мүмкіндігімен салынды, және ол 1976 жылдың 17 маусымында ресми түрде іске қосылған күні осы жұмыс энергиясына қол жеткізді. Алайда, сол кезде Фермилаб бұл энергияны арттырып, сол жылдың 14 мамырында 500 ГеВ энергиясына жетті. SPS протондар мен антипротондарды, электрондар мен позитрондарды (үлкен Электрон-Позитрон коллайдері (LEP) үшін инжектор ретінде қолдану үшін) және ауыр иондарды үдету үшін пайдаланылды. 1981 жылдан 1991 жылға дейін SPS адрондық (нақтырақ айтқанда, протон-антипротон) коллайдер ретінде жұмыс істеді (сол себепті ол SpS деп аталды), оның шоқтары UA1 және UA2 эксперименттері үшін деректерді қамтамасыз етті, нәтижесінде W және Z бозондары ашылды. Бұл жаңалықтар және бөлшектерді салқындатудың жаңа әдісі 1984 жылы Карло Руббия мен Саймон ван дер Мирге Нобель сыйлығын әкелді. 2006 жылдан 2012 жылға дейін SPS CNGS эксперименті үшін Италиядағы Гран-Сассо зертханасында, ЦЕРН-нен 730 км қашықтықта анықтауға арналған нейтрино ағынын жасау үшін қолданылды.
The SPS was designed by a team led by John Adams, director general of what was then known as Laboratory II. Originally specified as a 300 GeV accelerator, the SPS was actually built to be capable of 400 GeV, an operating energy it achieved on the official commissioning date of 17 June 1976. However, by that time, this energy had been exceeded by Fermilab, which reached an energy of 500 GeV on 14 May of that year. The SPS has been used to accelerate protons and antiprotons, electrons and positrons (for use as the injector for the Large Electron–Positron Collider (LEP)), and heavy ions. From 1981 to 1991, the SPS operated as a hadron (more precisely, proton–antiproton) collider (as such it was called SpS), when its beams provided the data for the UA1 and UA2 experiments, which resulted in the discovery of the W and Z bosons. These discoveries and a new technique for cooling particles led to a Nobel Prize for Carlo Rubbia and Simon van der Meer in 1984. From 2006 to 2012, the SPS was used by the CNGS experiment to produce a neutrino stream to be detected at the Gran Sasso laboratory in Italy, 730 km from CERN.
Ағымдағы операциялар
SPS қазір 2008 жылдың 10 қыркүйегінде бастау алған Үлкен адрондық коллайдер (LHC) үшін жоғары интенсивті протондық сәулелерді соңғы инжектор ретінде қолданылады, ол протонды 26 ГэВ-тан 450 ГэВ-қа дейін үдетуге мүмкіндік береді. LHC өз кезегінде оларды бірнеше тераэлектронвольтқа (ТэВ) дейін үдетеді. Инжектор ретінде жұмыс істеу, тұрақты нысаналы зерттеулер бағдарламасын жалғастыруға да мүмкіндік береді, онда SPS бірнеше белсенді тұрақты нысаналы эксперименттер үшін 400 ГэВ протондық сәулелерді қамтамасыз етеді, атап айтқанда COMPASS, NA61/SHINE және NA62. SPS акселератор физикасындағы жаңа идеяларды сынау үшін сынақ алаңы ретінде қызмет етті және осы қызметін жалғастыруда. 1999 жылы ол электрондық бұлт құбылысын бақылау үшін пайдаланылды. 2003 жылы SPS гамильтондық резонанстың қозғаушы мүшелерін тікелей өлшеген алғашқы құрылғы болды. Ал 2004 жылы сәулелердің соқтығысуынан туындайтын зиянды әсерлерді жоюға бағытталған эксперименттер (LHC-дегідей) жүргізілді. SPS радиожиілікті резонаторлары 200,2 МГц орталық жиілікте жұмыс істейді.
The SPS is now used as the final injector for high intensity proton beams for the Large Hadron Collider (LHC), which began preliminary operation on 10 September 2008, for which it accelerates protons from 26 GeV to 450 GeV. The LHC itself then accelerates them to several teraelectronvolts (TeV). Operation as injector still allows continuation of the ongoing fixed target research program, where the SPS is used to provide 400 GeV proton beams for a number of active fixed target experiments, notably COMPASS, NA61/SHINE and NA62. The SPS has served, and continues to be used as a test bench for new concepts in accelerator physics. In 1999 it served as an observatory for the electron cloud phenomenon. In 2003, SPS was the first machine where the Hamiltonian resonance driving terms were directly measured. And in 2004, experiments to cancel the detrimental effects of beam encounters (like those in the LHC) were carried out. The SPS RF cavities operate at a center frequency of 200.2 MHz.
Негізгі жаңалықтар
СФС-де жүргізілген тәжірибелердің нәтижесінде жасалған маңызды ғылыми жаңалықтар мыналарды қамтиды. 1983 ж. UA1 және UA2 эксперименттерінде W және Z бозондарының табылуы. Физика саласындағы 1984 жылғы Нобель сыйлығы Карло Руббия мен Саймон ван дер Меерге осы жаңалыққа әкелген жетістіктері үшін берілді. 1999 ж. NA48 эксперименті CP-нің тікелей бұзылуын анықтады.
Major scientific discoveries made by experiments that operated at the SPS include the following. 1983: The discovery of W and Z bosons in the UA1 and UA2 experiments. The 1984 Nobel Prize in physics was awarded to Carlo Rubbia and Simon van der Meer for the developments that led to this discovery. 1999: The discovery of direct CP violation by the NA48 experiment.
Жоғары жарықтылықтағы LHC-ге жаңарту
Үлкен адрондық коллайдер 2020 жылдары оның жарқырауын едәуір арттыру үшін жаңартуды қажет етеді. Бұл үшін Linac/preinjector/injector тізбегінің барлық бөліктерін, соның ішінде SPS-ті де жаңарту қажет болады. Осыған байланысты, SPS әлдеқайда жоғары интенсивті сәулелерді басқара алуы керек. Бұрын қарастырылған бір жақсарту – шығару энергиясын 1 ТэВ-қа дейін арттыру болатын. Дегенмен, басқа жүйелер жаңартылғанда шығару энергиясы 450 ГэВ деңгейінде сақталады. Ылдамдату жүйесі жоғары интенсивті сәулені үдетуге қажетті жоғары кернеуді басқару үшін модификацияланады. Сәуле төгілу жүйесі де жаңартылып, елеулі зақымдарсыз жоғары интенсивті сәулені қабылдай алады.
The Large Hadron Collider will require an upgrade to considerably increase its luminosity during the 2020s. This would require upgrades to the entire linac/pre injector/injector chain, including the SPS. As part of this, the SPS will need to be able to handle a much higher intensity beam. One improvement considered in the past was increasing the extraction energy to 1 TeV. However, the extraction energy will be kept at 450 GeV while other systems are upgraded. The acceleration system will be modified to handle the higher voltages needed to accelerate a higher intensity beam. The beam dumping system will also be upgraded so it can accept a higher intensity beam without sustaining significant damage.