ЦЕРН-дегі бөлшектер үдеткіші: ISR тарихы мен жетістіктері
Intersecting Storage Rings
ЦЕРН-дегі бөлшектер үдеткіші ISR: әлемдегі алғашқы адрон колайдері, 1971-1984ж.ж. жұмыс істеді. Жетістіктері, физикадағы маңызды жаңалықтары туралы біліңіз.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
CERN-дегі бөлшектер үдеткіші, Швейцария
Particle accelerator at CERN, Switzerland
ISR (Intersecting Storage Rings) – CERN-дегі бөлшектер үдеткіші. Бұл әлемдегі алғашқы адрондық коллайдер, ол 1971 жылдан 1984 жылға дейін жұмыс істеді, оның ең жоғары орталық массалық энергиясы 62 ГэВ құрады. Іске қосылғаннан бастап, коллайдер J/ψ және upsilon сияқты бөлшектерді, сондай-ақ байқалатын джет құрылымдарын жасауға қабілетті болды; алайда, бөлшектерді анықтау эксперименттері сәуле бағытына перпендикуляр үлкен импульстік оқиғаларды байқау үшін конфигурацияланбағандықтан, осы жаңалықтар 1970 жылдардың ортасында басқа эксперименттерде ашылды. Дегенмен, ISR құрылысы үдеткіш физикасының көптеген жетістіктерін қамтыды, оның ішінде стохастикалық салқындатудың алғашқы қолданылуы, және ол 2004 жылы Теватроннан басып өтуге дейін адрондық коллайдерлер арасындағы жарықтық рекордын сақтап тұрды.
The ISR (standing for "Intersecting Storage Rings") was a particle accelerator at CERN. It was the world's first hadron collider, and ran from 1971 to 1984, with a maximum center of mass energy of 62 GeV. From its initial startup, the collider itself had the capability to produce particles like the J/ψ and the upsilon, as well as observable jet structure; however, the particle detector experiments were not configured to observe events with large momentum transverse to the beamline, leaving these discoveries to be made at other experiments in the mid 1970s. Nevertheless, the construction of the ISR involved many advances in accelerator physics, including the first use of stochastic cooling, and it held the record for luminosity at a hadron collider until surpassed by the Tevatron in 2004.
Тарих
ISR 1964 жылы 28 ГеВ сәуле энергиясында протон-протон соқтығысуларын жүргізу және мұндай соқтығысуларда пайда болатын жаңа бөлшектерді зерттеу үшін ұсынылды. Жоба бір жыл ішінде бекітілді. Соқтығысқан сәулелер идеясын алғаш рет АҚШ-тағы Midwestern Universities Research Association (MURA) тобы, массалық энергияның орталығында соқтығысудың мүмкіндігін ұсына отырып ойлап тапты. MURA тобы сонымен қатар жеткілікті интенсивтіліктегі протон сәулелерін жинақтау үшін радиожиілік (RF) жинақтау техникасын ойлап тапты. 1971 жылы ISR-дің бес қиылысу нүктесінде 12 эксперименттік топ детекторларды орнатты. CERN-нің Протондық синхротроны (CPS) және ISR-дің үйлесімі протондан басқа бөлшектерді, мысалы, дейтерон, альфа бөлшектері және антипротондарды қолдана отырып соқтығысуларды зерттеуге де мүмкіндік берді. ISR-дің бастапқы мақсаты мен себебі мынадай болды: 23–54 ГеВ энергиясындағы массалық орталық жүйесінде протон-протон қимасын анықтау. Протонның эластикалық шашырауын зерттеу. Пиондар мен каондар сияқты бөлшектердің өндіріс спектрлерін алу. Жаңа бөлшектерді іздеу. ISR-дің соңғы кезеңдерінде сәуле энергиясы максималды 31,4 ГеВ-қа дейін арттырылды.
The ISR was proposed in 1964 for conducting the head on proton proton collisions at a beam energy of 28 GeV; to the study of the new particles created in such collisions. The project was approved within a year. The idea of colliding beams was first conceived by a group at Midwestern Universities Research Association (MURA) in the United States, as a way to have collisions at an increased center of mass energy. The MURA group also invented radiofrequency (RF) stacking technique to accumulate the proton beams of sufficient intensity. In 1971 itself, detectors were set up by 12 experimental teams at five intersecting points of ISR. The combination of the CERN Proton Synchrotron (CPS) and ISR also enabled the study of collisions using particles other than the proton, such as the deuteron, alpha particles, and antiprotons. The initial goal and motivation for ISR was the following. Finding the proton proton cross section for 23–54 GeV energy in the center of mass frame. Study of the elastic proton proton scattering. Obtaining production spectra of particles like pions and kaons. Search for new particles. During the end stages of ISR, the beam energies were hiked up to a maximum value of 31.4 GeV.
Жеделдетуші
Жеделдеткіш екі магниттік сақинадан (Францияда орналасқан) тұрды, әрқайсысының ұзындығы 942 метрді құрады. Сақиналар бір-бірімен келісіп орналасқан, нәтижесінде протондық сәулелердің соқтығысуы үшін сегіз қиылысқан аймақ пайда болды. 28 ГэВ протондық сәулелер шамамен 200 метр қашықтықта орналасқан (Швейцарияда) CERN Протондық синхротронынан (CPS) келді. Шотки сигналдары сәулелер тобының тығыздығының бетатрон жиілігіне қарай қалай өзгеретінін дәл сипаттады. Бетатрон тербелістерін басуды көрсеткеннен кейін, антипротондық сәулелерді стохастикалық салқындату протон-антипротон соқтығысуларындағы жарықтықты арттыру үшін кеңінен қолданылды. ISR-ден кейін, Супер Протондық синхротрондағы протон-антипротон коллайдері де жарықтықты арттыру үшін осы әдісті пайдаланды, сондай-ақ Теватрон сияқты басқа коллайдерлер де қолданды.
The accelerator was made up of two magnetic rings (located in France), each with a circumference of 942m. The rings interlaced together such that they would meet at eight intersecting regions for colliding proton beams. The 28 GeV proton beams would come from the CERN Proton Synchrotron (CPS) located about 200 meters away (In Switzerland)
The Schottky signals gave a precise description of how the density of the beam stack varied with betatron frequency. After demonstrating the damping of betatron oscillations, stochastic cooling of the antiprotons beams was widely used to enhance luminosities in proton antiproton collisions. After ISR, the proton antiproton collider at Super Proton Synchrotron employed the same technique for increasing luminosities, so did the other colliders such as Tevatron.
Ұсақ қабырғалы вакуум камералары
ISR тобы детекторлар орналастырылған қиылысқан жерлерде өте үлкен, жұқа қабырғалы вакуумдық камераларды жобалап, құрастырды. Олар қалайы мен титаннан жасалған және болашақ вакуумдық камералардың дизайнына үлгі болды.
ISR group designed and set up very large thin walled vacuum chambers at the intersecting points where detectors were set up. These were made up of tin and titanium and inspired the future vacuum chambers.
Детектор магниттері
1-ші қиылысқа орнатылған суперөткізгіш соленоид, 8-ші қиылысқа орнатылған ашық осьтік магнит және 6-шы қиылысқа орнатылған ауа орамалы тороид – ИСР командалары жасаған, сол кездегі ең жетілген магниттік детектор жүйелері болды. Қазіргі кездегі коллайдер детекторларының көпшілігі ИСР ұсынған магниттік детекторлардың негізгі принциптеріне негізделген, бірақ үлкен және жетілдірілген нұсқаларда жасалған.
The superconducting solenoid installed at Intersection 1, the Open Axial Field Magnet installed at Intersection 8 and an Air cored Toroid at Intersection 6, were state of the art magnetic detector systems developed by ISR teams. Almost all collider detectors are now based on larger and improved versions of basic principles of magnetic detectors put forth by ISR.