ГЕРА (ускоритель частиц)

HERA ( нем . Hadron - Electron - Ring anlage - , Hadron Electron английский Ring : Гамбурге Acelerator . — частиц в DESY в ) ускоритель Эксплуатировался с 1992 по 30 июня 2007 года. ^[1]^[2] В HERA электроны или позитроны сталкивались с протонами при центра масс энергии 320 ГэВ . ^[3] HERA использовалась в основном для изучения структуры протонов и свойств кварков , заложив основу для большей части научных исследований, проводимых сегодня на Большом адронном коллайдере (БАК) в лаборатории физики элементарных частиц ЦЕРН . HERA — единственный на сегодняшний день лептон -протонный коллайдер в мире, который в определенных областях кинематического диапазона находился на энергетическом фронте.

ЭВ -взаимодействие осуществляется в первом порядке, поэтому, когда квадрат переданного импульса становится больше, чем квадрат массы заряженного W и нейтрального Z-бозона (< 10 ⁴) величина их дифференциальных сечений становится сравнимой, поэтому заряженные и нейтральные токи (CC (красный) и NC (синий)) кажутся неразличимыми, но они также становятся меньше, поэтому их тоже трудно отличить от безмассового фотона, то есть унификация EW начинает внедряться. ^[4]^[5]^[6]

Для столкновения протонов с электронами или позитронами HERA использовала в основном сверхпроводящие магниты , что также было первым в мире. В HERA удалось изучить структуру протонов до 30 раз точнее, чем раньше. Разрешение охватывало структуры размером в 1/1000 протона, что способствовало многим открытиям, касающимся состава протонов из кварков и глюонов .

Туннель HERA проходит на глубине от 10 до 25 м ниже уровня земли, имеет окружность 6,3 км и внутренний диаметр 5,2 м. Для строительства использовалась та же технология, что и при строительстве тоннелей метро. Два накопительных кольца располагались друг на друге внутри трубки. Один ускорял электроны до энергии 27,5 ГэВ, другой — протоны до энергии 920 ГэВ в обратном направлении. Оба луча завершили свой круг почти со скоростью света, совершая примерно 47 000 оборотов в секунду.

Вокруг кольца есть четыре области взаимодействия , которые использовались в экспериментах H1 , ZEUS , HERMES и HERA-B . Все эти эксперименты представляли собой детекторы частиц, проводимые международными группами исследователей. За многие годы совместной работы эти группы разработали, сконструировали и эксплуатировали многоэтажные сложные измерительные устройства и оценили огромные объемы данных.

Ускорители HERA

Лептоны (электроны или позитроны) предварительно ускорялись до 450 МэВ в линейном ускорителе LINAC II. Оттуда они были инжектированы в накопитель DESY II и далее ускорены до 7,5 ГэВ , а затем переведены в накопитель PETRA , где они были ускорены до 14 ГэВ. Наконец, они были инжектированы в накопительное кольцо туннеля HERA и достигли конечной энергии 27,5 ГэВ. Это накопительное кольцо было оснащено теплыми (несверхпроводящими) магнитами, удерживающими лептоны на их круговой траектории с помощью магнитного поля силой 0,17 Тл .

Протоны были получены из первоначально отрицательно заряженных водорода ионов и предварительно ускорены до 50 МэВ на линейном ускорителе. Затем их инжектировали в протонный синхротрон DESY III и ускоряли дальше до 7 ГэВ. Затем их перевезли в PETRA, где ускорили до 40 ГэВ. Наконец, они были введены в накопительное кольцо туннеля HERA и достигли конечной энергии 920 ГэВ. В накопительном кольце для протонов использовались сверхпроводящие магниты, которые удерживали протоны на правильном пути.

Лептонный пучок в HERA стал естественно поперечно поляризованным за счет эффекта Соколова-Тернова . Ожидаемое характерное время разгона для ускорителя HERA составило около 40 минут. Спиновые ротаторы по обе стороны от экспериментов меняли поперечную поляризацию пучка на продольную. Поляризация пучка позитронов измерялась с помощью двух независимых поляриметров: поперечного поляриметра (TPOL) и продольного поляриметра (LPOL). Оба устройства используют зависящее от спина сечение комптоновского рассеяния фотонов с круговой поляризацией на позитронах для измерения поляризации пучка. В 2001 году поперечный поляриметр был модернизирован, чтобы обеспечить быстрое измерение каждого сгустка позитронов, а для исследования систематических эффектов были добавлены позиционно-чувствительные кремниевые полосковые и сцинтилляционно-волоконные детекторы.

30 июня 2007 г. в 23:23 HERA была отключена. ^[2] и начался демонтаж четырех экспериментов. Главный предускоритель HERA PETRA был преобразован в источник синхротронного излучения , который с 2009 года работает под названием PETRA III. Сегодня секция туннеля HERA и 24 бывших сверхпроводящих дипольных магнита используются для нового эксперимента ALPS по поиску аксионов. -подобные частицы. ^[7]^[8]

Международный проект HERA

Строительство HERA было одним из первых проектов такого масштаба, действительно финансируемых международным сообществом. Раньше строительство научных объектов всегда финансировала страна, в которой они находились. Только расходы на эксперименты взяли на себя проводящие национальные или зарубежные институты. Из-за огромного масштаба проекта HERA многие международные организации уже согласились участвовать в строительстве.

В строительстве объекта участвовали более 45 институтов и 320 корпораций за счет пожертвований денег или материалов, причем более 20% затрат взяли на себя иностранные учреждения.

По примеру HERA с тех пор многие крупномасштабные научные проекты финансировались совместно несколькими странами. Эта модель утвердилась, и международное сотрудничество в строительстве этих объектов умеренно распространено. ^[9]

эксперименты ГЕРА

H1

H1 был универсальным детектором столкновений электронов и протонов, расположенным в зале HERA North. Он имел размеры 12×10×15 м, весил 2800 тонн и эксплуатировался с 1992 по 2007 год. Он был предназначен для исследования внутренней структуры протона, исследования сильного взаимодействия, а также поиска новых видов материи. и неожиданные явления в физике элементарных частиц. ^[10]

ЗЕВС

Как и H1, ZEUS был детектором электрон-протонных столкновений, расположенным в Южном зале HERA. Его размеры составляли 12×11×20 м, весили 3600 тонн, эксплуатировали с 1992 по 2007 год. Его задачи были аналогичны задачам H1. ^[10]

ГЕРА-Б

HERA-B представлял собой эксперимент в HERA Hall West, где собирались данные с 1999 по февраль 2003 года. Используя протонный пучок HERA, исследователи HERA-B проводили эксперименты с тяжелыми кварками. Детектор имел размеры 8 × 20 × 9 м и весил 1000 тонн. ^[10]

ГЕРМЕС

Эксперимент HERMES в Восточном зале HERA проводился с 1995 по 2007 год. Продольно поляризованный электронный луч HERA использовался для исследования спиновой структуры нуклонов . Для этого электроны рассеивались с энергией 27,5 ГэВ на внутренней газовой мишени. Эта мишень и сам детектор были разработаны специально с учетом спин-поляризованной физики. Детектор имел размеры 3,5 × 8 × 5 м и весил 400 тонн. ^[10]

См. также

Ссылки

^ Харрис, Дэвид (сентябрь 2007 г.). «Конец эпохи HERA» . Журнал «Симметрия» . 04 (7) . Проверено 19 августа 2022 г.
^ Jump up to: ^а ^б Вармбейн, Барбара (21 августа 2007 г.). «Конец эпохи: HERA выключается» . Курьер ЦЕРН (47) . Проверено 19 августа 2022 г.
^ Хойер, Р.-Д.; Вагнер, А. (21 августа 2007 г.). «ГЕРА оставляет богатое наследие знаний» . ЦЕРН Курьер (47) . Проверено 19 августа 2022 г.
^ Абрамович, Х.; Абт, И.; Адамчик, Л.; Адамус, М.; Андреев В.; Антонелли, С.; Антунович, Б.; Аушев В.; Аушев Ю.; Багдасарян А.; Бегзсурен, К. (8 декабря 2015 г.). «Сочетание измерений инклюзивного глубоконеупругого сечения $${e^{\pm }p}$$рассеяния и КХД-анализа данных HERA» . Европейский физический журнал C . 75 (12): 580. doi : 10.1140/epjc/s10052-015-3710-4 . HDL : 2318/1579270 . ISSN 1434-6052 . S2CID 118069424 .
^ «Новости DESY: Самая точная картина протона» . desy.de.
^ «Дуглас Хаселл ЗЕВС» . mit.edu .
^ «Поиск любых легких частиц (ALPS) II» . MPG Институт Альберта Эйнштейна . Проверено 15 сентября 2022 г.
^ «Последний запуск HERA (30 июня 2007 г.)» . Архивировано из оригинала 4 августа 2009 года . Проверено 6 октября 2007 г.
^ «Лорманн, Эрих и Зёдинг, Пауль: О быстрых частицах и ярком свете» (PDF) . Вили ВЧ . Проверено 4 мая 2023 г.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д «ГЕРА указывает путь» (PDF) . ДЭЗИ . Проверено 4 мая 2023 г.

Внешние ссылки

Сайт HERA в DESY

53 ° 34'52 "N 9 ° 53'13" E / 53,581 ° N 9,887 ° E / 53,581; 9,887

[1] Харрис, Дэвид (сентябрь 2007 г.). «Конец эпохи HERA» . Журнал «Симметрия» . 04 (7) . Проверено 19 августа 2022 г.

[CERNcourier_BW-2] Jump up to: ^а ^б Вармбейн, Барбара (21 августа 2007 г.). «Конец эпохи: HERA выключается» . Курьер ЦЕРН (47) . Проверено 19 августа 2022 г.

[3] Хойер, Р.-Д.; Вагнер, А. (21 августа 2007 г.). «ГЕРА оставляет богатое наследие знаний» . ЦЕРН Курьер (47) . Проверено 19 августа 2022 г.

[4] Абрамович, Х.; Абт, И.; Адамчик, Л.; Адамус, М.; Андреев В.; Антонелли, С.; Антунович, Б.; Аушев В.; Аушев Ю.; Багдасарян А.; Бегзсурен, К. (8 декабря 2015 г.). «Сочетание измерений инклюзивного глубоконеупругого сечения $${e^{\pm }p}$$рассеяния и КХД-анализа данных HERA» . Европейский физический журнал C . 75 (12): 580. doi : 10.1140/epjc/s10052-015-3710-4 . HDL : 2318/1579270 . ISSN 1434-6052 . S2CID 118069424 .

[5] «Новости DESY: Самая точная картина протона» . desy.de.

[6] «Дуглас Хаселл ЗЕВС» . mit.edu .

[7] «Поиск любых легких частиц (ALPS) II» . MPG Институт Альберта Эйнштейна . Проверено 15 сентября 2022 г.

[8] «Последний запуск HERA (30 июня 2007 г.)» . Архивировано из оригинала 4 августа 2009 года . Проверено 6 октября 2007 г.

[9] «Лорманн, Эрих и Зёдинг, Пауль: О быстрых частицах и ярком свете» (PDF) . Вили ВЧ . Проверено 4 мая 2023 г.

[HERA-point-10] Jump up to: ^а ^б ^с ^д «ГЕРА указывает путь» (PDF) . ДЭЗИ . Проверено 4 мая 2023 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]