Адронные и электронные лептонные коллайдеры Выполнили группа студентов ЯФ-52

Адронные и электронные(лептонные) коллайдеры Выполнили: группа студентов ЯФ-52 Ажибеков А. Казамбаева А. Исмаилов Н.

План: • 1. Физические основы коллайдеров • 2. Сравнение кольцевых и линейных коллайдеров. Синхротронное излучение • 3. Основные параметры коллайдеров • 4. Сравнение адронных и лептонных коллайдеров

. 1. Физические основы коллайдеров Коллайдеры (ускорители со встречными пучками) – это установки, в которых осуществляется столкновение встречных ускоренных пучков заряженных частиц. при неподвижной мишени Ецм = 2 E частицы, движущиеся с равными по величине, но противоположно направленными импульсами Формула, связывающая кинетические энергии частиц в эквивалентных ускорителях с неподвижной мишенью Ен и на встречных пучках Ецм. в ультрарелятивистском случае имеет вид [23]: Ен = Е 2 цм. /2 Е 0

• Расчет показывает, что для получения кинетической энергии эквивалентной энергии БЭПК (LEP), равной Е цм = 0, 209 Тэ. В без использования встречных пучков энергия ускорителя должна была бы составлять Eн = 4, 274× 104 Тэ. В, а Ен. . / Ецм =2· 105). • Те же величины для адронного коллайдера LHC составляют Eн = 1, 044· 105 Тэ. В и Ен. . / Ецм =7500 (LEP и LHC – самые большие из построенных электронпозитронных и адронных кольцевых коллайдеров)

2. Сравнение кольцевых и линейных коллайдеров. Синхротронное излучение Энергия синхротронного излучения U для релятивистской частицы зависит от её массы m 0 энергии Е, радиуса траектории ρ и определяется формулой [10]: В коллайдере БЭПК (LEP), где вращающийся пучок характеризовался следующими параметрами: Е ≈ 100 Гэ. В, ρ = 4 км, В = 0, 75 Тл, потери энергии на один оборот составляли 2 Гэ. В. В случае протонных коллайдеров коэффициент 8, 85× 10 -5 в формуле (1. 1) должен быть заменен на 7, 8× 10 -18. В настоящее время при использовании электронов (позитронов) перспективными в Тэ. В–м диапазоне в первую очередь считаются линейные коллайдеры. В тоже время разрабатываются кольцевые мюонные коллайдеры, где сталкиваются элементарные частицы с массой значительно превышающей массу электронов. Предполагается, что первые мюонные коллайдеры будут обладать энергией в центре масс 0, 1 - 3 Тэ. В и светимостью (1 - 5)× 1034 см-2 с-1 [35].

3. Основные параметры коллайдеров Светимость (L) определяется формулой: Вероятность взаимодействия определяется величиной поперечного эффективного сечения взаимодействия σ, которое имеет размерность площади (см 2) и определяется формулой: L = f(n 1 n 2/S) см -2·с– 1 σ = N/L, К третьей основной характеристике коллайдера можно отнести тип сталкивающихся частиц. Построены и используются как электрон – позитронные, протон-антипротонные коллайдеры, так и электрон-протонные коллайдеры.

Наименование коллайдера KEKB PEP-II Энергия пучков коллайдера, Гэ. В е−: 8 е+ : 3, 5 е−: 7 -12 е+: 2, 5 - 4 Светимость коллайдера 1030 см-2 с-1 Некоторые исследования, проводимые на коллайдере 16270 Получение тяжелых кварков и тяжелых лептонов. В-фабрика – получение В мезонов, исследование нарушения симметрии 10025 Получение тяжелых кварков и тяжелых лептонов. В-фабрика – получение В мезонов, исследование нарушения симметрии 6 24 на Z 0 100 при > 90 Гэ. В Исследование. Z 0 бозона Исследование бозонов слабого взаимодействия Z 0 и W± SLC е+е−: 91 LEP е+е−: 100 -104, 6 Tevatron 980 171 Поиск бозонов Хиггса RHIC pp, Au-Au, Cu-Cu, d-Au : 100/n 10; 0, 0015; 0, 02; 0, 07 Изучение кварк-глюонной плазмы Большой адронный коллайдер БАК (LHC) pp: 3500 (план 7000) Pb-Pb: 1380/n (план 2760) 10000 (план) Поиск бозонов Хиггса. Изучение кварк-глюонной плазмы Международный линейный коллайдер, ILC Исследование бозонов Хиггса Компактный линейный коллайдер, CLIC Исследование бозонов Хиггса

4. Сравнение адронных и лептонных коллайдеров ХАРАКТЕРИСТИКИ УСКОРИТЕЛЕЙ Наименование коллайдера Центр, город, страна Годы работы Тип частиц Максим. энергия пучка, Гэ. В Светимость 1030 см-2 с-1 Периметр (длина), км ВЭПП-2000 ИЯФ, Россия 2006 е +е − 1 100 0, 024 ВЭПП-4 М ИЯФ, Россия 1994 е +е − 6 20 0, 366 ВЕРС Китай 1989 -2005 е +е − 2, 2 5 на 1, 55 Гэ. В 12, 6 на 1, 843 Гэ. В 0, 2404 ВЕРС-II Китай c 2007 е +е − 1, 89 1000 0, 23753 DAFNE Frascati, Италия 1999 -2008 е +е − 0, 7 150 0, 098 CESR Cornell 1979 - 2002 е +е − 6 1280 на 5, 3 Гэ. В 0, 768 CESR-C Cornell с 2002 е +е − 6 60 на 1, 9 Гэ. В 0, 768 KEKB KEK, Япония 1999 е +е − е−: 8 е+ : 3, 5 16270 3, 016

PEP-II SLAC, США 19992008 е+е− е−: 7 -12 е+: 2, 5 - 4 10025 2, 2 СЛКSLC) SLAC, США 19891999 е+е− 91 6 Линейный 3 HERA DESY, Германия c 1992 ep e 30 p 920 75 6, 336 Tevatron Fermilab, США c 1987 p+p− 980 171 6, 28 100/n 10; 0, 0015; 0, 02; 0, 07 3, 834 24 на Zo 100 при > 90 Гэ. В 26, 659 10000(В 2011 году достигнуто 0, 001) 26, 659 RHIC Brookhaven, США с 2000 pp, Au-Au, Cu-Cu, d-Au Большой э/п коллайдер БЭПК (LEP) CERN 1989 -2000 е+е− 100 -104, 6 pp, 3500 (план 7000) Большой адронный коллайдер БАК (LHC) CERN с 2008 Pb-Pb 1380/n (план 2760)

ВЭПП-2000 ИЯФ, Россия 2006 е+е−

CESR Cornell 1979 - 2002 е+е−

Tevatron Fermilab, США c 1987 p+p−

KEKB KEK, Япония 1999 е+е−

HERA DESY, Германия c 1992 ep

Перечень некоторых разрабатываемых линейных коллайдеров: ХАРАКТЕРИСТИКИ КОЛЛАЙДЕРА Наименование коллайдера Центр, город, страна Тип частиц Энергия в центре масс, Тэ. В Светимость см-2 с-1 Международный линейный коллайдер (МЛК, ILC) ? е+е− 0, 5 - 1 2× 1034 Компактный линейный коллайдер (КЛК, CLIC) ЦЕРН е+е− 3 7× 1034

Литература: • [1] Properties of an intersecting beam accelerating system”// Kerst D. W. / CERN Symposium, v. I, Gen. , 1956, p. 36 http: //cdsweb. cern. ch/record/1241555/files/p 36. pdf • [2] «Ускорители и встречные пучки» // Г. И. Будкер / В кн. : Труды VII Международной конференции по ускорителям заряженных частиц высоких энергий, т. 1, Ер. , 1970, с. 33; Встречные пучки. Шестое Всесоюзное совещание по ускорителям заряженных частиц (Дубна, 1978), Дубна, 1978, с. 13; X Международная конференция по ускорителям заряженных частиц высоких энергий (Протвино, 1977), т. 1, Серпухов, 1977, . • [3] «Ускорители на встречных пучках» // В. П. Дмитриевский. / Большая советская энциклопедияhttp: //slovari. yandex. ru/~книги/БСЭ/Ускорители%20 на%20 встречных%20 пучках. • [4] « Физика хиггсовского бозона на будущих фотонных коллайдерах» // И. П. Иванов/http: //hnature. web. ru/db/msg. html? mid=1181352 • [5] « Темная энергия вселенной» // В. Лукин, Е. Михеева / «Вокруг света» № 9 (2816). Сентябрь 2008. • [6] «Поиски частиц темной энергии» // В. А. Рябов и др. /» Успехи физических наук» Том 1788, № 11 с. 1129 -1161 • [7] "Суперсимметрия" http: //ru. science. wikia. com. wiki • [8] “CLIC 2008 PARAMETERS”// H. Braun et all / CLIC-Note-764 • [9] “Design Study of the CLIC Injector and Booster Linacs With the 2007 Beam Parameters”// A. Ferrari et al. / CLIC – Note -737 • [10]”Accelerator Physics and Technologies for Linear Collider. Lecture I”// S. D. . Holmes/ Hep. uchicago. edu/~kwangie/Lecture. Notes_Holmes. pdf=afs/desy. de/group/xfel/wof/EPT/TRD/XFEL-TRD-final. pdf.

• [11] ”A Very Large Lepton Collider in the WLHC tunnel”//T. Sen and J. Norem /www. capp. ill. edu/workshops//opem/References/sen. pdf. • [12] “Эксперимент”// Б. С. Ишханов, И. М. Капитонов, Э. И. Кэбин / Web-публикация на основе учебного пособия Б. С. Ишханов, И. М. Капитонов, Э. И. Кэбин. "Частицы и ядра. Эксперимент", М. : Издательство МГУ, 2005. http: //nuclphys. sirp. msu. ru/experiment/ • [13] “Коллайдер” // Б. С. Ишханов, И. М. Капитонов, Э. И. Кэбин /http: //nuclphys. sirp. msu. ru/experiment/accelerators/collider. htm. • [14] “ LHC Machine”//L. Evans and P. Bryant (editirs)/ Published by Institute of Physics Publishing and SISSA, 2008 JINST 3 SO 8001 • [15] “Физика на Большом адроном коллайдере”/ / ”Успехи Физических Наук”, Том 179, № 6. Июнь 2009 г. , с. 571 -579 (устный выпуск журнала «Успехи физических наук» ) • [16] « Единая физика к 2050» // С. Вайнберг, перевод А. Крашеницы/http: //www. scientifisic. ru/journal/weinberg, html. • [17] « Эксперименты на адронных коллайдерах» http: //elementy. ru/LHC/experiments • [18] «Физика ядра и элементарных частиц. Элементарные частицы» //В. Каланов/ http: //znaniyasila. narod. ru/phisics_atom_02. htm • [19] «Четыре основных вида сил в природе» // Ч. Киттель, У. Найт, М. Рудерман/ Берклеевский Курс Физики. Том 1. Механика, стр. 456 • [20] «Основы физики элементарных частиц. Строение материи» //http: //physics 03. narod. ru/Interes/Doclad/bak 3. htm • [42]“The European X-Ray Free-Electron Laser. Technical design report” //http: //xfel. desy. de/localfs. Explorer_read? Current. Path

• [21] «Фундаментальные взаимодействия» // http: //ru. wikipedia. org/wiki/Фундаментальные_взаимодействи я • [22] «За гранью БАК: будущие коллайдеры» // Д. Борн/http: //www. 3 dnews. ru/news/za_granu_bak_budushie_kollaideri/ • [23] «Грядущие революции в фундаментальной физике» //Дэвид Гросс/ http: //elementy. ru/lib/430177 • [24] “M theory”// http: //en. wikipedia. org/wiki/M-theory • [25] «Петлевая квантовая гравитация» http: //ru. wikipedia. org/wiki • [26] “Ученые увеличили число частиц бога до 5» // Lenta. ru. http: //lenta. ru/news/2010/06/15/boson/ • [27] «Кварк-глюонная плазма» // http: //nuclphys. sinp. msu. ru/enc/e 036. htm • [28] « Quark–gluon_plasma » // http: //en. wikipedia. org/wiki/Quark–gluon_plasma • [29] “ Hunting the Quark Gluon Plasma”// BNL-73847 -2005 Final Report /www. bnl. gov/npp/docs/Hunting%20 the%20 QGP. pdf Физика • [30] «Эксперимент LHCb» //НИЯФ МГУ, 2004 / http: //physics 03. narod. ru/Interes/Doclad/antiv. htm

• [31] «Движение заряженных частиц в электрических и магнитных полях» // Л. А. Арцимович и С. Ю. Лукьянов /Книга. Издательство «Наука» . Москва 1972, стр. 171 -177 • [32] «Коллайдер нового поколения» //Б. Бэриш, Н. Уоке http: // physics 03. narod. ru/Interes/Doclad/bak 13. htmр, Х. Ямамото. Перевод: А. А. Сорокин Специальный репортаж в журнале "В мире науки" № 5 за 2008 год Коллайдер нового поколения. • [33]”Accelerator Physics and Technologies for Linear Collider. Lecture I”// S. D. . Holmes/ Hep. uchicago. edu/~kwangie/Lecture. Notes_Holmes. pdf • [34] «Фотонные коллайдеры и исследование фундаментальных взаимодействий» // И. Ф. Гинзбург/http: //www-fima-ru. narod. ru/ • [35]“Muon Collider Progress”// R. B. Palmer • /www. cern. ch/accelconf/e 98/PAPERS/THZ 04 A. PDF • [36] “ MULTI-MODE SLED-II PULSE COMPRESSOR”// S. V. Kuzikov et all /Proceedings of LINAC 2004, THP 28 pp. 660 -662 • [37] “ A Multy-Moded RF Delay Linear Distribution System” //S. G. Tantawi et all / SLAC-PUB-9125 • [38] “RF Breakdown Studies in Room Temperature Electron Linac Structures / Gregory A. Loew and W. Wang // Slac-PUB-4647, May 1988. • [39] “ Gradient Limitation For High-frequency Accelerators”/ Döbert // Proceedings of Linac 2004, Lübeck, Germany, WE 101 • [40] “ The Physics & Technology of a 0, 5 to 1, 0 Te. V Linear colliders”. // Stuart Tovey – Wollongang – 2004. / Интернет, SNT- Wollongang, ppt. • [41]“ 4 XFEL accelerator” // [http: //xfeld. desy. de/tdr]

Спасибо за внимание!!!