Пересекающиеся накопительные кольца
Ускоритель частиц в ЦЕРНе, Швейцария
Некоторые из зданий, связанных с ISR в ЦЕРНе , Женева . Сам ускоритель находится под изогнутым, покрытым деревьями холмом, который тянется вокруг внешней стороны дороги.
Пересекающиеся накопительные кольца

ISR (сокращение от « Intersecting Storage Rings ») был ускорителем частиц в ЦЕРНе . Это был первый в мире адронный коллайдер , работавший с 1971 по 1984 год с максимальной энергией центра масс 62 ГэВ . С момента своего первоначального запуска сам коллайдер имел возможность производить такие частицы, как J/ψ и ипсилон , а также наблюдаемую структуру струи ; однако эксперименты с детекторами частиц не были настроены на наблюдение событий с большим импульсом, поперечным к линии пучка , что оставило эти открытия для других экспериментов в середине 1970-х годов. Тем не менее, строительство ISR включало в себя множество достижений в физике ускорителей , включая первое использование стохастического охлаждения , и он удерживал рекорд по светимости на адронном коллайдере, пока его не превзошел Теватрон в 2004 году. [1] [2]

История

ISR был предложен в 1964 году для проведения встречных протон-протонных столкновений при энергии пучка 28 ГэВ; для изучения новых частиц, рождающихся в таких столкновениях. Проект был одобрен в течение года.

Мемориал Вернера Гейзенберга и открытия ISR [3]

Идея встречных пучков была впервые задумана группой из Исследовательской ассоциации университетов Среднего Запада (MURA) в Соединенных Штатах , как способ иметь столкновения при увеличенной энергии центра масс . Группа MURA также изобрела технику радиочастотного (RF) стекирования для накопления протонных пучков достаточной интенсивности. [1] Совет ЦЕРН рассмотрел эту новую идею в 1957 году, и была создана группа исследований ускорителей (AR) для изучения возможностей наличия такой установки. AR изучала двухсторонний ускоритель с фиксированным полем и переменным градиентом (FFAG) для ускорения плазмы и для электронного коллайдера. В 1960 году, когда было завершено строительство протонного синхротрона , группа AR сосредоточилась на протон-протонном коллайдере. Для проверки осуществимости и производительности метода накопления радиочастот в 1960 году было предложено и успешно испытано в 1964 году кольцо хранения и накопления электронов (CESAR) ЦЕРНа в меньшем масштабе по сравнению с ISR; в том же году последовало официальное предложение ISR, когда группа AR представила отчет о техническом проекте. [1] [2] [4]

В 1971 году детекторы были установлены 12 экспериментальными группами в пяти точках пересечения ISR. [5]

Сочетание протонного синхротрона (CPS) ЦЕРНа и ISR также позволило изучать столкновения с использованием частиц, отличных от протона, таких как дейтрон , альфа-частицы и антипротоны . [6]

Первоначальная цель и мотивация ISR были следующими.

  1. Нахождение сечения взаимодействия протонов при энергии 23–54 ГэВ в системе центра масс.
  2. Изучение упругого протон-протонного рассеяния.
  3. Получение спектров образования частиц типа пионов и каонов .
  4. Поиск новых частиц.

На конечных этапах ISR энергия пучка была увеличена до максимального значения 31,4 ГэВ. [7] [8]

Ускоритель

Точка пересечения I4 в ISR, где размещался детектор магнитов с разделенным полем [9]

Ускоритель состоял из двух магнитных колец (расположенных во Франции), каждое с окружностью 942 м. Кольца переплетались вместе таким образом, что они встречались в восьми пересекающихся областях для столкновения протонных пучков. Протонные пучки 28 ГэВ поступали из протонного синхротрона ЦЕРНа (CPS), расположенного примерно в 200 метрах (в Швейцарии) [5]

Крупные скачки в технологии ускорителей

РЧ-стекирование

Кольцо CERN Electron Storage and Accumulation Ring (CESAR), а позднее и ISR были одними из первых коллайдеров, использовавших метод наложения пучков RF для увеличения интенсивности. В предыдущие годы строительство адронных коллайдеров избегалось, поскольку это казалось бесполезным из-за отсутствия какого-либо метода наложения. После ISR каждый второй коллайдер использовал метод наложения RF. [1]

Шум Шоттки и стохастическое охлаждение пучка

Шум Шоттки — это сигнал, генерируемый конечным числом случайно распределенных частиц в пучке. В 1972 году Вольфганг Шнелл обнаружил продольные и поперечные шумовые сигналы Шоттки в ISR. Это сделало очевидным, что стохастическое затухание пучка возможно. И открыло новое окно для неинвазивной диагностики пучка и необходимости иметь активную систему охлаждения для уменьшения размера и разброса импульса пучка. [10] Сигналы Шоттки дали точное описание того, как плотность пучка изменялась в зависимости от частоты бетатрона. После демонстрации затухания бетатронных колебаний стохастическое охлаждение пучков антипротонов широко использовалось для повышения светимости в столкновениях протонов и антипротонов. После ISR протон-антипротонный коллайдер в Суперпротонном синхротроне использовал ту же технику для повышения светимости, как и другие коллайдеры, такие как Теватрон . [10]

Тонкостенные вакуумные камеры

Группа ISR спроектировала и установила очень большие тонкостенные вакуумные камеры в точках пересечения, где были установлены детекторы. Они были сделаны из олова и титана и вдохновили на создание будущих вакуумных камер. [10]

Магниты детектора

Сверхпроводящий соленоид, установленный в Intersection-1, открытый аксиальный магнитный магнит, установленный в Intersection-8, и воздушный тороид в Intersection-6, были передовыми системами магнитных детекторов, разработанными командами ISR. Почти все детекторы коллайдера теперь основаны на более крупных и улучшенных версиях основных принципов магнитных детекторов, предложенных ISR. [10]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abcd Хюбнер, Курт (2012). «Проектирование и строительство ISR». arXiv : 1206.3948 [physics.acc-ph].
  2. ^ ab Hübner, Kurt; Darriulat, Pierre; Amaldi, Ugo; Bryant, Philip John (2012). 40-я годовщина первых протон-протонных столкновений в пересекающихся накопительных кольцах ЦЕРН (ISR). CERN Yellow Reports: Conference Proceedings. arXiv : 1206.4876 . doi :10.5170/CERN-2012-004. ISBN 9789290833758.
  3. ↑ Вид на пересечение I4 на ISR, где будет установлен магнит Split Field. 1970.
  4. ^ Хюбнер, Курт (март 2012 г.). «Пересекающиеся накопительные кольца ЦЕРНа (ISR)». The European Physical Journal H . 36 (4): 509–522. Bibcode :2012EPJH...36..509H. doi :10.1140/epjh/e2011-20058-8. ISSN  2102-6459. S2CID  120690134.
  5. ^ ab Fabjan, Christian; Hübner, Kurt (2015-11-20), «Пересекающиеся накопительные кольца (ISR): первый адронный коллайдер», Technology Meets Research, Advanced Series on Directions in High Energy Physics, т. 27, World Scientific, стр. 87–133, doi :10.1142/9789814749145_0004, ISBN 978-981-4749-13-8, S2CID  125175402 , получено 2021-06-08
  6. ^ Хюбнер, Курт (2012-03-01). «Пересекающиеся накопительные кольца ЦЕРНа (ISR)». The European Physical Journal H. 36 ( 4): 509–522. Bibcode :2012EPJH...36..509H. doi :10.1140/epjh/e2011-20058-8. ISSN  2102-6467. S2CID  120690134.
  7. ^ Faessler, M. (1984-12-01). "Экспериментальные работы с альфа-частицами на пересекающихся накопительных кольцах ЦЕРНа". Physics Reports . 115 (1–2): 1–91. Bibcode : 1984PhR...115....1F. doi : 10.1016/0370-1573(84)90011-5. ISSN  0370-1573.
  8. ^ Фабьян, Кристиан В.; Маккаббин, Норман (2004-12-01). «Физика на пересекающихся накопительных кольцах ЦЕРНа (ISR) 1978–1983». Physics Reports . 403–404: 165–175. Bibcode : 2004PhR...403..165F. doi : 10.1016/j.physrep.2004.08.018. ISSN  0370-1573.
  9. ↑ Вид на пересечение I4 на ISR, где будет установлен магнит Split Field. 1970.
  10. ^ abcd Брайант, П. Дж. (2012). «Влияние ISR на физику и технологию ускорителей». arXiv : 1206.3950 [physics.acc-ph].
  • запуск ISR
  • Ранняя история ISR
  • Вид ISR сверху – большое земляное кольцо с кольцевыми дорогами внутри и снаружи.

46°14′05″с.ш. 6°02′35″в.д. / 46.23472°с.ш. 6.04306°в.д. / 46.23472; 6.04306

Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Пересекающиеся_кольца_хранения&oldid=1175336719"