Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Ускоритель частиц в ЦЕРН, Швейцария
Particle accelerator at CERN, Switzerland
Суперпротонный синхротрон (SPS) — это кольцевой ускоритель частиц синхротронного типа в ЦЕРН. Он размещен в круговом туннеле, пролегающем по окружности на границе Франции и Швейцарии вблизи Женевы, Швейцария.
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.
История
SPS был разработан командой под руководством Джона Адамса, генерального директора тогдашней Лаборатории II. Изначально спецификация предусматривала ускоритель на 300 ГэВ, но SPS был фактически построен с возможностью работы на 400 ГэВ – энергию, которой он достиг на официальной дате ввода в эксплуатацию 17 июня 1976 года. Однако к этому времени Fermilab уже превысил эту отметку, достигнув энергии 500 ГэВ 14 мая того же года. SPS использовался для ускорения протонов и антипротонов, электронов и позитронов (в качестве инжектора для Большого электронно-позитронного коллайдера (LEP)) и тяжелых ионов. В период с 1981 по 1991 год SPS функционировал как адронный (точнее, протон-антипротонный) коллайдер (в этом режиме он назывался SpS), предоставляя данные для экспериментов UA1 и UA2, которые привели к открытию бозонов W и Z. Эти открытия, а также новая методика охлаждения частиц, стали основанием для присуждения Карло Руббии и Саймону ван дер Меру Нобелевской премии в 1984 году. С 2006 по 2012 год SPS использовался экспериментом CNGS для создания потока нейтрино, который предназначался для регистрации в лаборатории Гран-Сассо в Италии, расположенной в 730 км от ЦЕРН.
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.
Текущие операции
В настоящее время SPS используется как финальный инжектор высокоинтенсивных протонных пучков для Большого адронного коллайдера (LHC), который начал предварительную эксплуатацию 10 сентября 2008 года, ускоряя протоны от 26 ГэВ до 450 ГэВ. Затем сам LHC ускоряет их до нескольких тераэлектронвольт (ТэВ). Работа в качестве инжектора позволяет одновременно продолжать существующую программу исследований на неподвижных мишенях, где SPS обеспечивает 400-ГэВ протонные пучки для ряда активных экспериментов с неподвижными мишенями, в частности COMPASS, NA61/SHINE и NA62. SPS служил и продолжает использоваться в качестве испытательного стенда для новых концепций в физике ускорителей. В 1999 году он использовался для изучения явления электронного облака. В 2003 году SPS стал первым ускорителем, в котором были непосредственно измерены слагаемые, обуславливающие гамильтоновский резонанс. А в 2004 году были проведены эксперименты по подавлению негативных эффектов встречных пучков (как в LHC). Радиочастотные резонаторы SPS работают на центральной частоте 200,2 МГц.
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.
Основные открытия
К основным научным открытиям, сделанным в ходе экспериментов на СПС, относятся следующие. 1983: открытие W- и Z-бозонов в экспериментах UA1 и UA2. Нобелевская премия по физике 1984 года была присуждена Карло Руббиа и Саймону ван дер Меру за разработки, приведшие к этому открытию. 1999: открытие прямого нарушения CP-инвариантности экспериментом NA48.
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.
Модернизация для высокояркого LHC
Большой адронный коллайдер потребует модернизации для значительного увеличения его светимости в 2020-х годах. Это потребует модернизации всей цепочки линака/предварительного инжектора/инжектора, включая SPS. В связи с этим, SPS должен будет справляться с пучком гораздо большей интенсивности. Ранее рассматривалось увеличение энергии извлечения до 1 ТэВ. Однако энергия извлечения останется на уровне 450 ГэВ, в то время как другие системы будут модернизированы. Система ускорения будет модифицирована для работы с более высокими напряжениями, необходимыми для ускорения пучка большей интенсивности. Система вывода луча на поглотитель также будет модернизирована, чтобы она могла принимать пучок большей интенсивности без существенных повреждений.
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.