Пересекающиеся накопительные кольца
ISR Пересекающиеся накопительные (расшифровывается как « кольца ») — ускоритель частиц в ЦЕРНе . Это был первый в мире адронный коллайдер , работавший с 1971 по 1984 год, с максимальной центра масс энергией 62 ГэВ . С момента своего первоначального запуска сам коллайдер обладал способностью производить частицы, такие 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 лучу , поэтому эти открытия пришлось сделать в других экспериментах в середине 1970-х годов. Тем не менее, конструкция ISR включала 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 Тэватрон в 2004 году. [1] [2]
История [ править ]
ИСР был предложен в 1964 г. для проведения лобовых протон-протонных столкновений при энергии пучка 28 ГэВ; к изучению новых частиц, рождающихся в таких столкновениях. Проект был одобрен в течение года.
Идея встречных лучей была впервые выдвинута группой из Исследовательской ассоциации университетов Среднего Запада (MURA) в США как способ столкновения в увеличенном центре массы энергии . Группа MURA также изобрела метод суммирования радиочастот (RF) для накопления пучков протонов достаточной интенсивности. [1] Совет ЦЕРН рассмотрел эту новую идею в 1957 году, и была создана группа по исследованию ускорителей (AR) для изучения возможностей создания такой установки. AR исследовал двусторонний ускоритель с переменным градиентом фиксированного поля (FFAG) для ускорения плазмы и электронного коллайдера. В 1960 году, когда строительство Протонного синхротрона было завершено, группа AR сосредоточилась на протон-протонном коллайдере. Чтобы проверить осуществимость и эффективность метода RF-укладки, в 1960 году было предложено кольцо хранения и накопления электронов ЦЕРН (CESAR) в меньшем масштабе по сравнению с ISR, которое было успешно испытано к 1964 году; за которым последовало официальное предложение ISR в том же году, когда группа AR представила отчет о техническом проекте. [1] [2] [4]
В самом 1971 году детекторы были установлены 12 экспериментальными группами в пяти точках пересечения ИСИ. [5]
Комбинация протонного синхротрона (CPS) и ISR ЦЕРН также позволила изучать столкновения с использованием частиц, отличных от протона, таких как дейтрон , альфа-частицы и антипротоны . [6]
Первоначальная цель и мотивация ISR были следующими.
- Нахождение протон-протонного сечения для энергии 23–54 ГэВ в системе центра масс.
- Исследование упругого протон-протонного рассеяния.
- Получение спектров образования частиц типа пионов и каонов .
- Поиск новых частиц.
На заключительных стадиях ISR энергия пучка была увеличена до максимального значения 31,4 ГэВ. [7] [8]
Ускоритель [ править ]
Ускоритель состоял из двух магнитных колец (расположенных во Франции), окружность каждого из которых составляла 942 метра. Кольца переплелись друг с другом так, что они встречались в восьми пересекающихся областях для встречных пучков протонов. Пучки протонов с энергией 28 ГэВ будут исходить из протонного синхротрона (CPS) ЦЕРН, расположенного примерно в 200 метрах (в Швейцарии). [5]
Крупные достижения ускорительной технологии в
РЧ стекирование [ править ]
Кольцо хранения и накопления электронов ЦЕРН (CESAR), а затем и ISR, были одними из первых коллайдеров, в которых использовался метод суммирования радиочастотных лучей для увеличения интенсивности. В предыдущие годы от строительства адронных коллайдеров отказались, так как оно оказалось бесперспективным из-за отсутствия какого-либо метода суммирования. Начиная с ISR, каждый второй коллайдер использовал метод RF-суммирования. [1]
Шум Шоттки и охлаждение стохастическое пучка
Шум Шоттки — это сигнал, генерируемый конечным числом случайно распределенных частиц в пучке. В 1972 году Вольфганг Шнелл обнаружил продольные и поперечные сигналы шума Шоттки на ISR. Это сделало очевидным, что стохастическое демпфирование луча возможно. И открыло новое окно для неинвазивной диагностики луча и необходимость иметь активную систему охлаждения для уменьшения размера и распространения луча по импульсу. [10] Сигналы Шоттки дали точное описание того, как плотность пучка меняется в зависимости от частоты бетатрона. После демонстрации затухания колебаний бетатронных стохастическое охлаждение пучков антипротонов стало широко использоваться для повышения светимости в протон-антипротонных столкновениях. После ISR протон-антипротонный коллайдер в Суперпротонном синхротроне использовал ту же технику для увеличения светимости, как и другие коллайдеры, такие как Теватрон . [10]
Тонкостенные вакуумные камеры [ править ]
Группа ISR спроектировала и установила очень большие тонкостенные вакуумные камеры в точках пересечения, где были установлены детекторы. Они были изготовлены из олова и титана и послужили вдохновением для создания будущих вакуумных камер. [10]
Магниты детектора [ править ]
Сверхпроводящий соленоид, установленный на перекрестке-1, магнит открытого осевого поля, установленный на перекрестке-8, и тороид с воздушным сердечником на перекрестке-6 представляли собой новейшие магнитные детекторные системы, разработанные группами ISR. Почти все детекторы коллайдеров теперь основаны на более крупных и улучшенных версиях основных принципов магнитных детекторов, предложенных ISR. [10]
См. также [ править ]
Ссылки [ править ]
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д Хюбнер, Курт (2012). «Проектирование и строительство ИСР». arXiv : 1206.3948 [ physical.acc-ph ].
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Хюбнер, Курт; Дарриула, Пьер; Амальди, Уго; Брайант, Филип Джон (2012). 40 лет со дня первых протон-протонных столкновений в пересекающихся накопительных кольцах (ISR) ЦЕРН . Желтые отчеты ЦЕРН: материалы конференции. arXiv : 1206.4876 . doi : 10.5170/CERN-2012-004 . ISBN 9789290833758 .
- ^ Вид на перекресток I4 на ISR, где будет размещаться магнит разделенного поля . 1970.
- ^ Хюбнер, Курт (март 2012 г.). «Пересекающиеся накопительные кольца ЦЕРН (ISR)» . Европейский физический журнал H . 36 (4): 509–522. Бибкод : 2012EPJH...36..509H . дои : 10.1140/epjh/e2011-20058-8 . ISSN 2102-6459 . S2CID 120690134 .
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Фабьян, Кристиан; Хюбнер, Курт (20 ноября 2015 г.), «Пересекающиеся накопительные кольца (ISR): первый адронный коллайдер» , «Технологии и исследования» , Расширенная серия по направлениям в физике высоких энергий, том. 27, World Scientific, стр. 87–133, номер документа : 10.1142/9789814749145_0004 , ISBN. 978-981-4749-13-8 , S2CID 125175402 , получено 8 июня 2021 г.
- ^ Хюбнер, Курт (01 марта 2012 г.). «Пересекающиеся накопительные кольца ЦЕРН (ISR)» . Европейский физический журнал H . 36 (4): 509–522. Бибкод : 2012EPJH...36..509H . дои : 10.1140/epjh/e2011-20058-8 . ISSN 2102-6467 . S2CID 120690134 .
- ^ Фесслер, М. (1 декабря 1984 г.). «Эксперимент с альфа-частицами в пересекающихся накопительных кольцах ЦЕРН» . Отчеты по физике . 115 (1–2): 1–91. Бибкод : 1984PhR...115....1F . дои : 10.1016/0370-1573(84)90011-5 . ISSN 0370-1573 .
- ^ Фабьян, Кристиан В.; Маккаббин, Норман (1 декабря 2004 г.). «Физика в пересекающихся накопителях (ISR) ЦЕРН 1978–1983» . Отчеты по физике . 403–404: 165–175. Бибкод : 2004PhR...403..165F . doi : 10.1016/j.physrep.2004.08.018 . ISSN 0370-1573 .
- ^ Вид на перекресток I4 на ISR, где будет размещаться магнит разделенного поля . 1970.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д Брайант, Пи Джей (2012). «Влияние ISR на физику и технологию ускорителей». arXiv : 1206.3950 [ physical.acc-ph ].
Внешние ссылки [ править ]
- ISR-стартап
- Ранняя история ISR
- Изображение ИРП сверху – Большое земляное кольцо с кольцевыми дорогами внутри и снаружи.
46 ° 14'05 "N 6 ° 02'35" E / 46,23472 ° N 6,04306 ° E