1 Вопросы теории, принципы конструкции коллайдеров. Экспериментальные исследования, проводимые на коллайдерах1.1. Физические основы коллайдеров Коллайдеры (ускорители со встречными пучками) – это установки, в которых осуществляется столкновение встречных ускоренных пучков заряженных частиц. В обычных ускорителях пучок частиц, ускоренных до высокой энергии, взаимодействует с частицами неподвижной мишени. При этом вследствие закона сохранения полного импульса большая часть энергии налетающих частиц расходуется на сохранение движения центра масс системы, т.е. на сообщение кинетической энергии частицам - продуктам распада. Лишь небольшая ее часть определяет полезную и эффективную энергию столкновения - энергию взаимодействия частиц в системе их центра масс (центре инерции), которая может расходоваться, например, на рождение новых частиц. При неподвижной мишени частица мишени с массой покоя m0 в лабораторной системе отсчета имеет в центре масс энергию покоя E0= m0c2, а другая, налетающая частица, обладающая той же массой покоя m0, движется в этой системе с релятивистской скоростью и обладает несравнимо большей энергией, чем покоящаяся частица (Е >> E0). Энергия в системе центра масс (центра инерции) определяется формулой . Чем больше Е, тем меньшая ее доля составляет эффективную энергию взаимодействия частиц. Если же сталкиваются частицы, движущиеся с равными по величине, но противоположно направленными импульсами, то их суммарный импульс равен нулю. В этом случае лабораторная система отсчета совпадает с системой центра масс частиц и эффективная энергия столкновения равна сумме энергий сталкивающихся частиц. Для легких частиц с одинаковыми массами и энергией Е, Ецм = 2E эта кинетическая энергия может быть полностью использована на взаимодействие. [1,2,3]. В системе центра масс частицы движутся навстречу друг другу с одинаковыми импульсами и энергиями E, суммарный импульс продуктов реакции равен нулю. Вся начальная энергия расходуется на интересующее нас рождение частиц, на проникновение в мелкомасштабную структуру материи. При столкновении частиц их энергия передается мельчайшим "капелькам" вещества, которые "взрываются", и мы наблюдаем разлет образовавшихся частиц. Исследователи узнают об устройстве вещества на мелкомасштабном уровне по специфическим распределениям этих частиц или по родившимся новым частицам (большинство из которых живут очень недолго) [34]. Преимущество процесса взаимодействия на встречных пучках особенно велико для легких частиц – электронов, позитронов (из-за их малой энергии покоя). Ускорители с неподвижной мишенью и ускорители на встречных пучках считаются эквивалентными, если при одних и тех же сталкивающихся частицах они имеют одинаковые полезные энергии, затрачиваемые непосредственно на реакцию взаимодействия в центре масс. Формула, связывающая кинетические энергии частиц в эквивалентных ускорителях с неподвижной мишенью Ен и на встречных пучках Ецм. в ультрарелятивистском случае имеет вид [23]: Ен = Е2цм ./2Е0. Используя это соотношение,можно подсчитать энергию для ускорителя с неподвижной мишенью, эквивалентного коллайдеру. Расчет показывает, что для получения кинетической энергии эквивалентной энергии БЭПК (LEP), равной Е цм = 0,209 ТэВ без использования встречных пучков энергия ускорителя должна была бы составлять Eн = 4,274×104 ТэВ, а Ен../ Ецм =2·105). Те же величины для адронного коллайдера LHC составляют Eн = 1,044·105 ТэВ и Ен../ Ецм =7500 (LEP и LHC – самые большие из построенных электрон-позитронных и адронных кольцевых коллайдеров) Из приведенных результатов расчета видно, что только используя схему встречных пучков, мы имеем возможность получать очень высокие эффективные энергии. При использовании меньших энергий можно было бы обойтись и традиционными ускорителями, однако реализация принципа столкновения частиц позволяет сделать установку существенно более компактной.1.2. Сравнение кольцевых и линейных коллайдеров. Синхротронное излучение Как видно из Табл. 1а, за исключением коллайдера SLAC (СЛК, SLC), все построенные коллайдеры были кольцевыми. Кольцевые коллайдеры практически всегда более компактны, чем линейные. Необходимо отметить, однако, что использование кольцевых траекторий для ускорения легких частиц ограничивается сильным синхротронным излучением, возникающим при их вращении. Энергия синхротронного излучения U для релятивистской частицы зависит от её массы m0 энергии Е, радиуса траектории ρ и определяется формулой [10]:
В обычных ускорителях пучок частиц, ускоренных до высокой энергии, взаимодействует с частицами неподвижной мишени. При этом вследствие закона сохранения полного импульса большая часть энергии налетающих частиц расходуется на сохранение движения центра масс системы, т.е. на сообщение кинетической энергии частицам - продуктам распада. Лишь небольшая ее часть определяет полезную и эффективную энергию столкновения - энергию взаимодействия частиц в системе их центра масс (центре инерции), которая может расходоваться, например, на рождение новых частиц.
При неподвижной мишени частица мишени с массой покоя m0 в лабораторной системе отсчета имеет в центре масс энергию покоя E0= m0c2, а другая, налетающая частица, обладающая той же массой покоя m0, движется в этой системе с релятивистской скоростью и обладает несравнимо большей энергией, чем покоящаяся частица (Е >> E0). Энергия в системе центра масс (центра инерции) определяется формулой . Чем больше Е, тем меньшая ее доля составляет эффективную энергию взаимодействия частиц.
Если же сталкиваются частицы, движущиеся с равными по величине, но противоположно направленными импульсами, то их суммарный импульс равен нулю. В этом случае лабораторная система отсчета совпадает с системой центра масс частиц и эффективная энергия столкновения равна сумме энергий сталкивающихся частиц. Для легких частиц с одинаковыми массами и энергией Е, Ецм = 2E эта кинетическая энергия может быть полностью использована на взаимодействие. [1,2,3].
В системе центра масс частицы движутся навстречу друг другу с одинаковыми импульсами и энергиями E, суммарный импульс продуктов реакции равен нулю. Вся начальная энергия расходуется на интересующее нас рождение частиц, на проникновение в мелкомасштабную структуру материи.
При столкновении частиц их энергия передается мельчайшим "капелькам" вещества, которые "взрываются", и мы наблюдаем разлет образовавшихся частиц. Исследователи узнают об устройстве вещества на мелкомасштабном уровне по специфическим распределениям этих частиц или по родившимся новым частицам (большинство из которых живут очень недолго) [34].
Преимущество процесса взаимодействия на встречных пучках особенно велико для легких частиц – электронов, позитронов (из-за их малой энергии покоя). Ускорители с неподвижной мишенью и ускорители на встречных пучках считаются эквивалентными, если при одних и тех же сталкивающихся частицах они имеют одинаковые полезные энергии, затрачиваемые непосредственно на реакцию взаимодействия в центре масс. Формула, связывающая кинетические энергии частиц в эквивалентных ускорителях с неподвижной мишенью Ен и на встречных пучках Ецм. в ультрарелятивистском случае имеет вид [23]: Ен = Е2цм ./2Е0. Используя это соотношение,можно подсчитать энергию для ускорителя с неподвижной мишенью, эквивалентного коллайдеру.
Расчет показывает, что для получения кинетической энергии эквивалентной энергии БЭПК (LEP), равной Е цм = 0,209 ТэВ без использования встречных пучков энергия ускорителя должна была бы составлять Eн = 4,274×104 ТэВ, а Ен../ Ецм =2·105). Те же величины для адронного коллайдера LHC составляют Eн = 1,044·105 ТэВ и Ен../ Ецм =7500 (LEP и LHC – самые большие из построенных электрон-позитронных и адронных кольцевых коллайдеров) Из приведенных результатов расчета видно, что только используя схему встречных пучков, мы имеем возможность получать очень высокие эффективные энергии.
При использовании меньших энергий можно было бы обойтись и традиционными ускорителями, однако реализация принципа столкновения частиц позволяет сделать установку существенно более компактной.1.2. Сравнение кольцевых и линейных коллайдеров. Синхротронное излучение Как видно из Табл. 1а, за исключением коллайдера SLAC (СЛК, SLC), все построенные коллайдеры были кольцевыми. Кольцевые коллайдеры практически всегда более компактны, чем линейные. Необходимо отметить, однако, что использование кольцевых траекторий для ускорения легких частиц ограничивается сильным синхротронным излучением, возникающим при их вращении.
Энергия синхротронного излучения U для релятивистской частицы зависит от её массы m0 энергии Е, радиуса траектории ρ и определяется формулой [10]:
ответ:5. Чрезвычайно легкая частица
8. Вид материи, обладающий массой покоя
11. Прибор для измерения магнитного потока
13. Единица силы света в си
18. Объемное поглощение вещества из раствора или газовой смесм твердым телом или жидкостью
19. Прибор для измерения реактивной мощности в цепях переменного тока
20. Прибор для измерения ускорения
22. Наука, изучающая Вселенную как целое
23. Единица оптической силы линз и оптических систем
По вертикали
1. Незаряженая частица, очень похожая на протон
2. Явление слияния атомных ядер водорода при н.у
3. Перемещение тел в относительно некоторой системы отсчета
4. Частица с отрицательным электрическим зарядом
6. Десятая доля бела
7. Темп изменения скорости объекта
9. Проводимость
10. Отношение силы к площади
12. Постоянная
14. Единица эквивалентной дозы излучения в си
15. Определение погрешностей одной меры путем сравнения с образцовой мерой
16. Унос вещества с поверхности твердого тела потоком горячих газов, обтекающих эту поверхность
17. Устройство для накопления энергии с целью ее дальнейшего использования
20. Генератор колебаний с самовозбуждением
21. Числа, которые задают положение точки в и времени
24. Положительно заряженная античастица
Поделиться…
Похожие кроссворды
1.По рекламе - Термины
2.По кубановедению - Термины
3.По экономике - Термины
4.По налоговому менеджменту - Термины
5.По социологии - Термины
Кроссворды по физике
- А -
1.Агрегатное состояние вещества [11]
- В -
2.Взаимодействие тел [25]
3.Взаимодествие тел [6]
4.Внутренняя энергия [8]
5.Водяной пар [8]
- Г -
6.Геометрическая оптика [25]
7.Гравитация [7]
- Д -
8.Давление [25]
9.Динамика [25]
10.Динамика и кинематика [25]
11.Дисперсiя свiтла (укр.) [8]
12.Дисперсия [10]
13.Диэлектрики [10]
- Е -
14.Електричнi i магнiтнi кола (укр.) [18]
- З -
15.Законы постоянного тока [7]
16.Звук [8]
- И -
17.Измерения величин [21]
18.История физики [16]
19.Источники света [20]
- К -
20.Кинематика [7]
21.Коливання (укр.) [20]
22.Космонавтика [13]
- Л -
23.Линза [8]
- М -
24.Магнитное поле [25]
25.Механика [25]
26.Механика и электродинамика [18]
27.Механика, термодинамика и газовые законы [8]
28.Механические и звуковые волны [25]
29.Механические колебания [15]
30.Механические колебания и волны [25]
31.Молекулярна фiзика (укр.) [8]
32.Молекулярная физика [25]
33.Молекулярно-кинетическая теория (МКТ) [12]
34.Мощность [4]
- Н -
35.Нобелевская премия [8]
36.Нобелевские лауреаты [14]
- О -
37.Общая [25]
38.Общий [25]
39.Общий (каз.) [8]
40.Определения [25]
41.Оптика [25]
42.Основные понятия [11]
43.Основы молекулярно-кинетической теории (МКТ) [11]
44.Основы электрки [4]
- П -
45.Паровая машина [5]
- Р -
46.Работа, мощность, энергия [11]
- Р -
47.Разделы физики [6]
48.Реактивное движение [14]
- С -
49.Свiтловi явища (укр.) [25]
50.Световые явления [25]
51.Свободное падение [8]
52.Свойства газов [9]
53.Связь [12]
54.Сила [21]
55.Сила трения [11]
56.Сила, сила тяжести [9]
57.Строение веществ [25]
- Т -
58.Твердые тела [7]
59.Телескоп [7]
60.Тепловая энергия [23]
61.Тепловые двигатели [8]
62.Тепловые двигатели и охрана окружающей среды [18]
63.Тепловые явления [25]
64.Теплопередача [16]
65.Термины [25]
66.Термодинамика [25]
67.Терморезистор [8]
68.Трансформатор [8]
- У -
69.Ученые [6]
- Ф -
70.Фазовi переходи (укр.) [7]
71.Физика атомного ядра [25]
72.Физика в технике [4]
73.Физика элементарных частиц [8]
74.Физические величины [11]
75.Физическое учебное оборудование [12]
76.Фотоэффект [15]
- Ш -
77.Школьный курс [25]
- Э -
78.Электрическая энергия [9]
79.Электрические явления [25]
80.Электрический ток в различных средах [25]
81.Электричество [12]
82.Электродинамика [25]
83.Электроемкость [12]
84.Электромагнитное поле [13]
85.Электромагнитные волны [15]
86.Электромагнитные излучения [25]
87.Электростатика [25]
88.Энергия [25]
- Я -
89.Явление капиллярности [8]
90.Ядерная физика [25]
91.Ядерные силы [21]
Объяснение: