АДРО́ННЫЙ КОЛЛА́ЙДЕР

Общая схема адронного коллайдера «Тэватрон».

АДРО́ННЫЙ КОЛЛА́ЙДЕР (англ. hadron collider), уст­рой­ст­во для ис­сле­до­ва­ния взаи­мо­дей­ст­вий встреч­ных пуч­ков ус­корен­ных тя­жё­лых ад­ро­нов (ис­поль­зу­ют­ся как час­ти­цы од­но­го сор­та, так и час­ти­цы и ан­ти­час­ти­цы: про­то­ны–про­то­ны, про­то­ны–ан­ти­про­то­ны). При взаи­мо­дей­ст­вии встреч­ных пуч­ков уда­ёт­ся наи­бо­лее пол­но ис­поль­зо­вать энер­гию час­тиц. Су­ще­ст­вен­ный не­дос­та­ток схе­мы на встреч­ных пуч­ках – низ­кая плот­ность пуч­ков стал­ки­ваю­щих­ся час­тиц. По­это­му взаи­мо­дей­ст­вия встреч­ных пуч­ков про­во­дят­ся по­сле не­об­хо­ди­мо­го на­ко­п­ле­ния ус­ко­рен­ных час­тиц и ге­не­ра­ции и на­ко­п­ле­ния ус­ко­рен­ных ан­ти­час­тиц.

В про­цес­се на­ко­п­ле­ния про­из­во­дит­ся слож­ная пе­ре­груп­пи­ров­ка час­тиц с целью по­лу­че­ния оп­ти­маль­ной кон­фи­гу­ра­ции пуч­ков, а так­же спец. про­це­ду­ра сжа­тия пуч­ков – ох­ла­ж­де­ние пуч­ков час­тиц. Эта важ­ней­шая для А. к. опе­ра­ция не­об­хо­ди­ма для по­вы­ше­ния плот­но­сти пуч­ков, осо­бен­но для пуч­ков ан­ти­час­тиц, по­сколь­ку ге­не­ра­ция ан­ти­частиц (ан­ти­про­то­нов) име­ет низ­кую эф­фек­тив­ность и их на­ко­п­ле­ние про­ис­хо­дит по­сле со­тен или ты­сяч цик­лов. При этом рас­тёт не толь­ко сум­мар­ное ко­ли­че­ст­во ан­ти­час­тиц, но и объ­ём пуч­ка, ко­то­рый уда­ёт­ся сжать лишь ис­поль­зуя про­це­ду­ру ох­ла­ж­де­ния.

Ус­пеш­ное прак­тич. во­пло­ще­ние кон­цеп­ции встреч­ных пуч­ков и дос­ти­же­ние тре­буе­мой ве­ли­чи­ны плот­но­сти час­тиц для про­ве­де­ния взаи­мо­дей­ст­вия ста­ло воз­мож­ным бла­го­да­ря при­ме­не­нию но­вей­ших ме­то­дик и тех­но­ло­гий (маг­ни­ты со сверх­про­во­дя­щи­ми об­мот­ка­ми; эф­фек­тив­ные ме­то­ди­ки ох­ла­ж­де­ния; по­лу­че­ние сверх­вы­со­ко­го ва­куу­ма, не­об­хо­ди­мо­го для со­хра­не­ния пуч­ков; обес­пе­че­ние тре­буе­мых па­ра­мет­ров пуч­ков в про­цес­се их столк­но­ве­ний и др.). Так, зна­че­ние све­ти­мо­сти (оп­ре­де­ляе­мой как чис­ло столк­но­ве­ний, про­ис­хо­дя­щих в еди­ни­цу вре­ме­ни при пе­ре­се­чении встреч­ных пуч­ков с еди­нич­ным попе­реч­ным се­че­ни­ем) в но­вей­ших ус­тановках дос­ти­га­ет зна­че­ния св. 10³⁰– 10³¹ см^–2с^–1, что по­зво­ля­ет на­дёж­но ис­сле­до­вать взаи­мо­дей­ст­вия встреч­ных час­тиц, не­смот­ря на вы­со­кий уро­вень фона.

В це­лом А. к. пред­став­ля­ет со­бой слож­ный ком­плекс цик­лич. ус­ко­ри­тель­но-на­ко­пи­тель­ных ус­та­но­вок, пред­на­зна­чен­ных для пер­вич­но­го ус­ко­ре­ния час­тиц, ге­не­ра­ции ан­ти­час­тиц, на­ко­п­ле­ния встреч­ных пуч­ков и про­ве­де­ния их взаи­мо­дей­ст­вия. Ти­пич­ная схе­ма А. к. (на при­ме­ре ком­плек­са «Тэ­ва­трон», Фер­ми-ла­бо­ра­то­рия, США) пред­став­ле­на на ри­сун­ке. Про­то­ны p, ус­ко­рен­ные в ли­ней­ном ус­ко­ри­те­ле 1 и бус­те­ре 2 до энер­гии 8 ГэВ, ин­жек­ти­ру­ют­ся в глав­ный ин­жек­тор 3, ус­ко­ря­ют­ся до энер­гии 120 ГэВ и сбра­сы­ва­ют­ся на ми­шень 4 для ге­не­ра­ции ан­ти­про­то­нов. Ан­ти­про­то­ны с энер­ги­ей 8 ГэВ (по­сле ох­ла­ж­де­ния) на­ка­п­ли­ва­ют­ся в на­ко­пи­те­ле 5, где они до­пол­ни­тель­но ох­ла­ж­да­ют­ся. По­сле цик­ла на­ко­п­ле­ния ан­ти­про­то­нов на­чи­на­ет­ся цикл на­ко­п­ле­ния про­то­нов, ко­то­рые по­сле ус­ко­ре­ния в глав­ном ин­жек­то­ре до 150 ГэВ на­прав­ля­ют­ся в «Тэ­ва­трон» 6. За­тем та же про­це­ду­ра про­во­дит­ся с на­ко­п­лен­ным ан­ти­про­тон­ным пуч­ком. Да­лее про­то­ны и ан­ти­про­то­ны, вра­щаю­щие­ся на раз­ных ор­би­тах, ус­ко­ря­ют­ся до энер­гии 980 ГэВ и пе­ре­во­дят­ся в ре­жим встреч­ных взаи­мо­дей­ст­вий для ре­ги­ст­ра­ции про­дук­тов ре­ак­ций в де­тек­то­рах 7. Об­щий раз­мер ком­плек­са ха­рак­те­ри­зу­ет­ся ве­ли­чи­ной ра­диу­са осн. коль­ца А. к., рав­но­го 1 км.

Пер­вый А. к. вве­дён в дей­ст­вие в 1971 в Ев­роп. цен­т­ре ядер­ных ис­сле­до­ва­ний (ЦЕРН, Же­не­ва). На 2004 в ми­ре на­счи­ты­ва­лось око­ло де­сят­ка ус­ко­ри­тель­но-на­ко­пи­тель­ных ком­плек­сов, пред­на­зна­чен­ных для ис­сле­до­ва­ния взаи­мо­дей­ст­вий встреч­ных пуч­ков тя­жё­лых час­тиц и на­хо­дя­щих­ся в разл. ста­дии раз­ра­бот­ки и экс­плуа­та­ции. Физич. ис­сле­до­ва­ния, про­ве­дён­ные на А. к. на ру­бе­же 20–21 вв., при­ве­ли к важ­ней­шим фун­дам. от­кры­ти­ям, сре­ди ко­то­рых – от­кры­тие про­ме­жу­точ­ных век­тор­ных бо­зо­нов (ЦЕРН), из­ме­ре­ние мас­сы t-квар­ка (Фер­ми-ла­бо­ра­то­рия, США).