Симон ван дер Меер: Жизнь и вклад в физику частиц

Введение

Голландский физик (1925–2011)

Саймон ван дер Мер (24 ноября 1925 – 4 марта 2011) был нидерландским физиком, специалистом в области ускорителей частиц, который разделил Нобелевскую премию по физике в 1984 году с Карло Руббией за вклад в проект ЦЕРН, приведший к открытию частиц W и Z – двух фундаментальных переносчиков слабого взаимодействия.

Биография

Один из четырёх детей, Саймон ван дер Меер родился и вырос в Гааге, Нидерланды, в семье учителей. Он получил образование в городской гимназии, которую окончил в 1943 году во время немецкой оккупации Нидерландов. Он изучал техническую физику в Технологическом университете Делфта и получил степень инженера в 1952 году. После нескольких лет работы в компании Philips Research в Эйндховене над высоковольтным оборудованием для электронной микроскопии, в 1956 году он присоединился к CERN, где оставался до выхода на пенсию в 1990 году. Ван дер Меер был дальним родственником лауреата Нобелевской премии Тиллинга Купманса – они были троюродными братьями. В середине 1960-х годов Ван дер Меер женился на Катарине М. Купман; у них родились дочь и сын.

Работа в ЦЕРН

В 1950-х годах Ван дер Меер разработал магниты для 28-ГэВ Протонного синхротрона (PS). В 1961 году он изобрел импульсное фокусирующее устройство, известное как «рог Ван дер Меера». Такие устройства необходимы для установок с длинной базовой линией для нейтринных экспериментов и используются до сих пор. В 1960-х годах это было дополнено разработкой небольшого кольца хранения для физического эксперимента, изучающего аномальный магнитный момент мюона. Вскоре после этого и в последующее десятилетие Ван дер Меер проделал новаторскую работу по регулированию и управлению источниками питания для Пересекающихся колец хранения (ISR) и, позднее, SPS. Работа Ван дер Меера на коллайдере ISR в 1970-х годах привела к разработке метода калибровки светимости сталкивающихся пучков, впервые примененного на ISR и до сих пор используемого на Большом адронном коллайдере (LHC), а также на других коллайдерах. Нобелевский комитет отметил идею Ван дер Меера о стохастическом охлаждении и ее применение в ЦЕРН в конце 1970-х и 1980-х годов, в частности, в Антипротонном аккумуляторе, который поставлял антипротоны в Протонно-антипротонный коллайдер. Во время работы на ISR Ван дер Меер разработал метод, использующий управляющие магниты для вертикального смещения двух сталкивающихся пучков относительно друг друга; это позволило оценить эффективную высоту пучка и, следовательно, светимость пучка в точке пересечения. Знаменитые «сканирования Ван дер Меера» незаменимы и сегодня в экспериментах на LHC; без них точность калибровки светимости в точках пересечения коллайдера была бы значительно ниже. Для новой машины SPS, построенной в начале 1970-х годов, он предложил, чтобы генерация опорных напряжений для отклоняющих и квадрупольных источников питания основывалась на измерениях поля в течение цикла, и представил схему корректирующих алгоритмов. Его предложение привело к созданию первой в мире компьютерной системы с обратной связью для географически распределенной системы, такой как SPS с окружностью 7 км; это было непростой задачей для начала 1970-х годов. Измерения токов основных магнитов были введены только позже, когда SPS должен был работать в качестве кольца хранения для коллайдера SPS p–p̄. Знания Ван дер Меера в области ускорителей и программирования позволили ему разработать сложные приложения и инструменты для управления ускорителями-источниками антипротонов, а также для передачи антипротонов в коллайдер SPS для открытий, удостоенных Нобелевской премии. Комплекс машин AA и AC, являющихся источниками антипротонов, с 1987 по 1996 год оставался наиболее автоматизированным набором машин в арсенале ускорителей ЦЕРН.

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.

Нобелевская премия

Ван дер Мер изобрел технику стохастического охлаждения пучков частиц. Его техника использовалась для накопления интенсивных пучков антипротонов для лобового столкновения с противонаправленными пучками протонов с энергией в центре масс 540 ГэВ или 270 ГэВ на пучок в Суперпротонном синхротроне в ЦЕРНе. В результате этих столкновений были получены W и Z бозоны, которые впервые были зарегистрированы в 1983 году экспериментом UA1 под руководством Карло Руббиа. Существование бозонов W и Z было теоретически предсказано за несколько лет до этого, и их экспериментальное обнаружение стало важным достижением для ЦЕРНа. Ван дер Мер и Руббия разделили Нобелевскую премию 1984 года за их определяющий вклад в этот проект. Ван дер Мер и Эрнест Лоуренс – единственные физики-ускорители, удостоенные Нобелевской премии. Помимо Нобелевской премии, Ван дер Мер также стал членом Королевской нидерландской академии искусств и наук в 1984 году.