1tom - 0275.htm
ш
3
X
Т ш
О.
U
вана те 1%5 в экспериментах по рассеянию длоктро-нон на электронах.
Установки со Б. п. представляют собой комплекс ускорит, установок, соедин╦нных каналами, транспортирующими частицы (рис. 1, 2), Обязат. элемент комплекса ≈ базовый ускоритель-инжектор, в котором
Место встречи пучков
352
Рис. 2. Схема ускорительно-накопительного комплекса ТДКРИа: SPS ≈ синхрофазотрон (протонный синхротрон) на ;шгргию
400 ГэВ, используемый как рр-ланопитель на энергию :Ш"1 ГэВ в пучке; ISR ≈ накопитель со встречными протонными и нрп-тон-антипротонньтми пучками (31 ГэВ в пучке); PS ≈ протонный синхротрон <2й ГэВ); PSB ≈ бусгир (инжектор) PS; AA --аптигтротонный накопитель (импульс актииротощш ,1,.") ГоВ/с);
LEAR ≈ накопитель со встречными рр-пучками ии.чкой шгер-гии (3 ГйВ); стрелками показаны направления транспортировки частиц по каналам; 1,2,3 ≈ выведенные протонные пучки для
экспериментов с неподвижной мишенью,
частицы приобретают энергию, необходимую для инжекцин в накопитель или генерации на мишени пучка античастиц. Часто между осн. накопителем, где происходит встреча пучков, и инжектором помещают промежуточный накопитель (бустер), предназначенный для предварит, накопления частиц и формирования пучка. Особенно большой эффект да╦т использование бустера для Б. п. частиц и античастиц, т. к. последние, как правило, приходится накапливать многократно (см. ниже раздел 4). Накопитель В. п. одинаковых частиц имеет две дорожки, как, напр., протон-протонный накопитель 18R (рис. 2). Для В. и. частиц и античастиц достаточно одной дорожки (рис. 1).
Наиб, интерес с точки зрения получения информации об элементарных частицах представляют В, я^ частиц и античастиц. Первые эксперименты на В. п. ло аннигиляции частиц и античастиц ≈ электронов и позитронов ≈ проведены в 19Й7 в ИЯФ СО АН СССР на установке ВЭТШ-2 с 8Г до 1,34 ГэВ. В области £г = =-0,7t> ГэВ впервые был детально исследован р-мозон.
Для электронов и позитронов ирактич, предел энергии ло В. п. в их традиц. циклич. варианте не дал╦к от достигнутого уровня. Па грани такого предела на-АОДПТСЯ проект LEP (ЦЕРН). Связан втот предел с сипхр о тройным излучением, интенсивность к-рого раст╦т как четвертая степень энергии частицы и падает только как первая степень радиуса орбиты, так что увеличение размеров установки не позволяет кардинально решить проблему.
В. п. тяжелых частиц (протонов, антипротонов, ионов) лишены этого недостатка (интенсивность синхро-трониого излучения обратно пропорциональна четв╦р-
той СТСЧЮ1Ш массы покоя частицы). Первая установка со В. п. протопоп ISR успению функционировала в ЦЕРТТе в 1971≈83. При переходе к пучкам античастиц появляется необходимость в их многократном накоплении, что вызвано малой величиной ког»ф. конверсии. При этом из-за большого фазового объ╦ма рождающихся античастиц принципиально важно наличие механизма, уменьшающего фазовый объ╦м пучка. Для позитронов таким механизмом служит сппхротрошюе получение. С развитием методов охлаждения, пучков тяж╦лых заря/к, частиц стала разрешимой и проблема накопления антипротонов. В ЦЕРПе уже действует комплекс со встречными протон-аптипротоннымн пучками. С точки уронил кварконон модели адромон В. п. рр эквпка-леш'иы В. п. кварков л антикварков. Это означает, что они дают фупдам. информацию, близкую к получаемой на В. п. е f е~. По сокр. представлениям, протон (антипротон) содержит три кварка (антикварка) и ?люин»
-*г
( ≈ 50%), поэтому R. п. рр на заданную энергию эквивалентны В. п. в he~ на энергию примерно в G раз меньшую.
Ограниченно на энергию П. п. е + е~т связанное с сипхротронным излучением, не существует для встречных линейных электрон-позитронных пучков (2, 3].
Осн. характеристиками установок со В. п. являются светимость, время жизни пучков, время накопления (выхода на заданную светимость).
1. Светимость. Эффективность циклич. установок со В, п, характеризуют светимостью L ≈ величиной, равной числу событий, происходящих в единицу времени при столкновении двух пучков, при единичном сечении взаимодействия. Скорость сч╦та в i-м канале реакций с сечением о,- равна:
dt
(3)
Для двух сгустков с числом сталкивающихся частиц N+ и N.
+
S
где / ≈ частота обращения частиц в кольце, S ≈ площадь поперечного сечения большего из сгустков.
2. Время жизни и размеры пучков. Время жизни пучков (т) в накопителе ограничивает продолжительность цикла его работы «па эксперимент» и определяется взаимодействием частиц с остаточным гаиом в камере накопителя, с частицами собств. пучка п с частицами В. п. Для электронов и позитронов добавляются ещ╦ потери частиц, выгнанные квантовыми флуктуациями сипхротропного излучения. Эти процессы можно разделить на однократные и многократные (диффузные). Однократные процессы приводят к ирямой гибели частиц в результате одиночных актов взаимодействия. Однократное упругое рассеяние на угол, больший aiicp-турного, приводит к попаданию частиц на стоики вакуумной камеры и к их гибели. Оно происходит на атомах остаточного газа, па частицах собстл. сгустка (мнут-рипучковие рассеяние) и на частицах встречного сгустка. Тот же результат дают однократные потерн частицами больших порций энергии. У тяж╦лых частиц :JTO происходит в результате флуктуации пош-мад. потерь на остаточном газе. Кроме того, для них существует ещ╦ один капал однократных потерь ≈ ядерное взаимодействие с остаточным газом.
У л╦гких частиц ≈ электронов (позитронов) при низких знергилх время жизни одного пучка, или R. п. е + е~ невысокой интенсивности определяется, как правило, тормозным излучением па остаточном газе, а при высоких энергиях ≈ потерями на квантовых флук-туациях сипхротроппого излучения, возбуждающих радиальные (Зетатрошше колебания, при достаточно большой амплитуде к-рых частицы уходят за апертуру. Для е + с~-установок с высокой светимостью определяющим может быть также процесс тормозного излучения на встречном сгустке. Для интенсивных (плотных) ро-
")
}
