Чудеса на виражах


Типичный ускорительный комплекс представляет собой длинный кольцевой туннель с двумя вакуумированными трубами, по которым в противоположных направлениях движутся частицы. Эти кольца не идеально круглые, а, скорее, представляют собой скругленные многоугольники. На скруглениях стоят поворотные магниты, которые меняют направление пучка, а на прямых участках расположены ускоряющие элементы — клистроны, корректирующие магниты, система «впрыскивания» частиц из предварительного ускорителя, а также вспомогательная аппаратура. В нескольких точках два кольца пересекаются — именно там происходят столкновения встречных частиц, результаты которых изучаются расположенными тут же детекторами.

Успешная работа ускорителя опирается на целый ряд нетривиальных технических ухищрений. Например, в современных ускорителях пучок толщиной меньше волоса распределен вдоль кольца не равномерно, а собран в отдельные короткие сгустки, следующие друг за другом — так удобнее ускорять частицы. Но одноименные заряды, как известно, отталкиваются, и потому сгусток имеет тенденцию расплываться как в продольном, так и в поперечном направлениях. Для компенсации продольного расплывания был придуман метод автофазировки: ускоряющее поле в клистроне прикладывается таким образом, чтобы подгонять отставшие частицы чуть сильнее, а убежавшие вперед сгустка — послабее. С расплыванием в поперечном направлении справляются с помощью магнитного поля сложной формы, которое фокусирует проходящий сквозь него пучок. Такое поле действует на пучок, словно собирающая линза на луч света, его так и называют: магнитная линза.

У протонных коллайдеров есть еще одна проблема: пучок оказывается слишком «горячим» (с большим разбросом по кинетической энергии протонов из-за их поперечного движения). Магнитные линзы ограничивают его расплывание ценой нарастания поперечных колебаний. Справиться с этой проблемой помогла идея электронного охлаждения протонов, выдвинутая советским физиком Г.И. Будкером в 1966 году и экспериментально реализованная в 1974 году под его же руководством в Институте ядерной физики в Новосибирске. На одном из линейных участков рядом со сгустком протонов «впрыскивают» холодный сгусток электронов (они, в отличие от протонов, хорошо охлаждаются сами по себе), движущийся примерно с той же скоростью. Какое-то время они, перемешиваясь, летят вместе, и протоны охлаждаются за счет столкновений с электронами, после чего сгустки вновь разделяются в магнитном поле.

Большой дипольный магнит, последним (из 1 700) уложенный в тоннель Большого адронного коллайдера в апреле 2007 года

Интересно, что в электронных коллайдерах проблем с охлаждением нет. Любая движущаяся заряженная частица создает вокруг себя электромагнитное поле, которое перемещается вместе с ней. Однако на поворотах часть этого поля« «отрывается» от частицы и, став свободным электромагнитным излучением, улетает вперед. Это излучение называется синхротронным. Величина заряда у протонов и электронов одинаковая, а вот масса различается почти в 2 тысячи раз. Поэтому в сопоставимых экспериментах легкие (и куда более быстрые) электроны тратят на излучение на несколько порядков больше энергии, чем протоны. Благодаря этому электронный пучок легко остывает (в нем затухают поперечные колебания), но одновременно с этим он и тормозится, сводя на нет все усилия по его ускорению. Именно по этой причине Большой электрон-позитронный коллайдер LEP в ЦЕРНе с энергией электронов 100 ГэВ, в туннеле которого теперь размещается LHC, считается последним из поколения гигантских кольцевых электронных ускорителей.

Дальше увеличивать энергию электронов можно, лишь отказавшись от поворачивающего магнитного поля, то есть вернувшись к линейным ускорителям. Проекты таких линейных электрон-позитронных ускорителей сейчас активно разрабатываются, и вполне вероятно, что они начнут строиться лет через десять. Однако и здесь энергии больше 1 ТэВ кажутся недостижимыми.

Прорыв может обеспечить только принципиально новая методика ускорения электронов. Стандартная технология позволяет частицам набирать примерно по 50 МэВ на метр пути внутри клистрона. Однако в последние годы активно разрабатывается новая, лазерно-плазменная методика ускорения. В ней с помощью короткого лазерного импульса в облаке плазмы возбуждается сильное возмущение электрического поля. Пролетающий сквозь плазму сгусток электронов может быть подхвачен этим возмущением и очень резко ускориться. На сегодня уже достигнуты впечатляющие результаты: прирост энергии на целый гигаэлектронвольт на пути всего несколько сантиметров! Правда, для успешного применения этой схемы в ускорителе потребуется преодолеть еще много трудностей: научиться состыковывать друг с другом множество ускоряющих модулей и справиться с большим разбросом по энергии частиц в пучке.




2 комментариев к записи “Чудеса на виражах

  1. Необходимо Ваше участие в продвижении сего послания. Проблема столь серьёзна
    и чревата фатальной БЕДОЙ, что необходимо содействие всех сознательных людей,
    Вам решать, какой вклад Вы привнесёте в устранение угрозы уничтожения Земли.
    Приношу извинения за возможные повторы послания.
    ВСЕМ! ВСЕМ! ВСЕМ!
    Пока Мы живы, остановим LHC (Large Hadron Collider) Большой адронный коллайдер,
    иначе LHC станет Нашим Lethal Hadron Collider-Смертельным адронным коллайдером.
    В ЦЕРНе ПРАВО ЧЕЛОВЕЧЕСТВА НА СУЩЕСТВОВАНИЕ подвергнуто колоссальной опасности
    из-за зловещего любопытства и беспечной погоне за Нобелевской премией горстки
    фанатиков от науки, затеявших фатальные игры с ЧЁРНЫМИ ДЫРАМИ, и другие не менее
    ОПАСНЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ на Lethal Hadron Collider-Смертельном адронном коллайдере.
    В оценке последствий рефери они сами, оппонентов не слышат. Следует привлечь
    мнение независимых экспертов и общественных деятелей планеты, и сообща решить
    будущее Земли, без риска вскрыть последний для Человечества «ящик Пандоры».
    Возможно, амбициозные опыты с такими коллайдерами одержимых физиков иных Миров
    и привели к Армагеддону их Цивилизаций. Ощущение такое, что рождённая в опытах
    ЧЁРНАЯ ДЫРА-пожиратель материи и есть предел любопытству и существованию Разума,
    ведь никаких признаков наличия во Вселенной аналогов Человечества не обнаружено.
    Ещё одна новая ЧЁРНАЯ ДЫРА, откупоренная нашими горе-доками, уничтожив Землю и
    Солнечную систему, возникнет во Вселенной, увы, ВСЕ МЫ к тому времени СГИНЕМ
    вслед за Большим адронным коллайдером во чреве наукосотворённой ЧЁРНОЙ ДЫРЫ.
    Армагеддон Земли возможен не только от чёрной дыры, и не при пробных запусках
    LHC, сколько во время крайне экстремальных опытов на Lethal Hadron коллайдере.
    О КОНЦЕ СВЕТА ВОПИЮТ ПРОРОЧЕСТВА.
    Люди! отрешитесь от сиюминутного, задумайтесь — Человечество в жуткой опасности.
    Не надейтесь на Божественное Спасение Вашей плоти. Человек свободен в проявлении
    своей Воли и ответственен за последствия; показатель — вся История Человечества.
    Обстоятельством, предотвратившим планетарную катастрофу ядерной войны, явилось
    гнетущее состояние опасности у большинства Землян после Хиросимы и Нагасаки.
    Бездна всеобщей обострённой тревоги овладела политиками, стоявшими у ядерной
    кнопки, обуздала их амбиции и не позволила разразиться ядерному Апокалипсису.
    Необходимо ОСТАНОВИТЬ самый Большой адронный коллайдер, чтобы не допустить даже
    самый малейший риск гибели Земли и Апокалипсиса Человечества из-за наивной веры
    в науку и её «ТИТАНИК» Lethal Hadron Collider этот смертельный шедевр физиков.
    ЛЮДИ! ПРОТЕСТУЙТЕ! Ищите любые доводы, чтобы ОСТАНОВИТЬ зловредный коллайдер.
    ПРОТЕСТУЙТЕ! Передавайте ПРОТЕСТ ВСЕМ, кому сможете. ЖИЗНЬ или КОНЕЦ СВЕТА!
    ОСТАНОВИМ! Большой адронный коллайдер — исчадие Армагеддона Человечества.
    ЛЮДИ! ОЧНИТЕСЬ! И ПРОТЕСТУЙТЕ! ПРОТЕСТУЙТЕ! ПРОТЕСТУЙТЕ!
    Тем, кто не проникся, ЗАДУМАЙТЕСЬ о вероятности зарождения и гибели Разума.
    Вероятность образования лишь одной молекулы ДНК на Земле невообразимо мала и
    составляет 10^-800, прибавьте вероятность появления живых существ и вероятность
    зарождения Разума. Вы только представьте сколь Мы, Люди УНИКАЛЬНЫ во Вселенной!
    Возникновение и существование Человечества это БЕСПРЕЦЕДЕНТНЫЙ факт, а значит
    даже ничтожный риск ВОЗМОЖЕН. Теоретически непредсказуемые последствия опытов
    на LHC НЕ ОТРИЦАЮТСЯ, следовательно, и вероятность фатальных БЕД, исходящих из
    злосчастных экспериментов вполне реальна. Риск Армагеддона на много порядков
    вероятней зарождения Жизни. Известны факты риска жизнью во имя Науки, однако
    никакой риск жизнью Землян ради любопытства НЕДОПУСТИМ! Что Им эти риски. Они
    игнорировали их и прежде, рискуют Нами и теперь на LHC. Цинично, ЭКСТРЕМАЛЬНЫЕ
    условия LHC приравнивать к явлениям природы. Вы видели фото LHC? Нам внушают,
    сей МОНСТР не опасен, убаюкивая пустячными данными одиночного протона. Дело в
    том, что протоны сжимают в сгустки по 100 МИЛЛИАРДОВ. Толщина сгустка тоньше
    волоса человека (0,03мм), при этом протонам подводится огромная энергия ~100кг
    тротила, и эти сгустки протонов, разогнанные до скорости света, хотят шарахать
    «лбами», итоги даже теориям неведомы. Пронесёт с протонами, займутся крайне
    зловещими экспериментами с применением ионов тяжёлых атомов. Это невероятно,
    для ублажения своего любопытства в ЦЕРНе моделируют условия «Большого взрыва».
    В общем ситуация ТИТАНИКА, при этом Айсберг это LHC (Lethal Hadron Collider),
    а Мы пассажиры-заложники смертельного коллайдера без средств спасения. Гаранты
    безопасности Землян это горстка самоуверенных фанатиков от науки, готовая на
    всё ради оголтелого познания и обладания Нобелевской премией. Их беспечность
    и пофигизм к Нам Мирянам обусловили трагедию Хиросимы и Нагасаки, Чернобыля.
    ЛЮДИ! ОЧНИТЕСЬ! Пока ещё не поздно ПРОТЕСТУЙТЕ! ПРОТЕСТУЙТЕ! ПРОТЕСТУЙТЕ!
    ОСТАНОВИМ! LHC — Lethal Hadron Collider — Смертельный адронный коллайдер.

    Ответить на этот комментарий

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

*