Введение

Ускоритель частиц в CERN, Швейцария

ISR (сокращение от "Intersecting Storage Rings" – Пересекающиеся кольца хранения) был ускорителем частиц в CERN. Он являлся первым в мире адронным коллайдером и функционировал с 1971 по 1984 год, достигая максимальной энергии столкновения 62 ГэВ. С момента запуска сам коллайдер был способен создавать частицы, такие как J/ψ и upsilon, а также наблюдаемую структуру джетов; однако детекторы частиц не были настроены для регистрации событий с большим поперечным импульсом, поэтому эти открытия были сделаны в других экспериментах в середине 1970-х годов. Тем не менее, строительство ISR ознаменовалось значительными достижениями в физике ускорителей, включая первое применение стохастического охлаждения, и он удерживал рекорд светимости среди адронных коллайдеров до 2004 года, когда его превзошел Теватрон.

История

ISR был предложен в 1964 году для проведения лобовых протон-протонных столкновений при энергии пучка 28 ГэВ и изучения новых частиц, создаваемых в таких столкновениях. Проект был одобрен в течение года. Идея сталкивающихся пучков впервые была выдвинута группой в Ассоциации исследований университетов Среднего Запада (MURA) в Соединенных Штатах, как способ организации столкновений с повышенной энергией в системе центра масс. Группа MURA также изобрела радиочастотную (RF) технику накопления для создания протоновых пучков достаточной интенсивности. Уже в 1971 году детекторы были установлены 12 экспериментальными группами в пяти точках пересечения ISR. Комбинация Протонного синхротрона ЦЕРН (CPS) и ISR также позволила изучать столкновения, используя частицы, отличные от протона, такие как дейтрон, альфа-частицы и антипротоны. Первоначальной целью и мотивацией для создания ISR было следующее: определение сечения протон-протонного взаимодействия при энергии от 23 до 54 ГэВ в системе центра масс, изучение эластичного рассеяния протонов, получение спектров рождающихся частиц, таких как пионы и каоны, и поиск новых частиц. На заключительных этапах работы ISR энергии пучков были увеличены до максимального значения 31,4 ГэВ.

Ускоритель

Ускоритель состоял из двух магнитных колец (расположенных во Франции), каждое с окружностью 942 м. Кольца были переплетены таким образом, что пересекались в восьми точках для столкновения пучков протонов. Протонные пучки с энергией 28 ГэВ поступали из Протонного синхротрона (CPS) ЦЕРН, расположенного примерно в 200 метрах (в Швейцарии). Сигналы Шоттки позволяли точно определить, как плотность пучка менялась в зависимости от бетатронной частоты. После демонстрации гашения бетатронных колебаний, стохастическое охлаждение пучков антипротонов широко применялось для увеличения светимости при столкновениях протонов и антипротонов. После ISR, протон-антипротонный коллайдер на Суперпротонном синхротроне использовал ту же технику для повышения светимости, как и другие коллайдеры, например, Теватрон.

Тонкостенные вакуумные камеры

Группа ISR спроектировала и установила очень большие тонкостенные вакуумные камеры в точках пересечения, где размещались детекторы. Эти камеры были изготовлены из олова и титана и послужили основой для разработки будущих вакуумных камер.

Магниты-детекторы

Сверхпроводящий соленоид, установленный на пересечении 1, открытый осевой магнит, установленный на пересечении 8, и воздушный тороид на пересечении 6, представляли собой передовые магнитные детекторы, разработанные командами ISR. Почти все детекторы коллайдеров сегодня основаны на более крупных и усовершенствованных версиях базовых принципов магнитных детекторов, предложенных ISR.