КОЛЛА́ЙДЕР

КОЛЛА́ЙДЕР (от лат. collido – стал­ки­вать), ус­ко­ри­тель за­ря­жен­ных час­тиц, в ко­то­ром два пуч­ка час­тиц на­прав­ля­ют на­встре­чу друг дру­гу. В ре­зуль­та­те взаи­мо­дей­ст­вия пуч­ков уда­ёт­ся ис­поль­зо­вать в изу­чае­мой ре­ак­ции всю ки­не­тич. энер­гию час­тиц (см. Встреч­ные пуч­ки).

Схема кольцевого коллайдера: 1, 2 – каналы инжекции пучка; 3, 5 – кольца коллайдера; 4, 7 – экспериментальные установки в точках столкновения пучков; 6 – ускоряющая станция; 8 ...

В за­ви­си­мо­сти от фор­мы тра­ек­то­рии час­тиц раз­ли­ча­ют ли­ней­ные кол­лай­де­ры и коль­це­вые К. По­след­ние, как пра­ви­ло, со­сто­ят из двух син­хро­тро­нов про­тя­жён­но­стью неск. ки­ло­мет­ров, раз­ме­щён­ных в од­ном тон­не­ле (рис.). Ин­жек­ция час­тиц оди­на­ко­во­го за­ря­да про­из­во­дит­ся в про­ти­во­по­лож­ных на­прав­ле­ни­ях в син­хро­тро­ны с про­ти­во­по­лож­ной по­ляр­но­стью маг­нит­но­го по­ля. Для ус­ко­ре­ния раз­ноимён­но за­ря­жен­ных час­тиц (напр., элек­тро­нов и по­зи­тро­нов) ис­поль­зу­ет­ся один об­щий син­хро­трон. По­сле ус­ко­ре­ния час­тиц ор­би­ты пуч­ков из­ме­ня­ют и час­ти­цы под ми­ним. уг­ла­ми сво­дят­ся в точ­ке встре­чи (од­ной или не­сколь­ких), где рас­по­ла­гает­ся ус­та­нов­ка, ре­ги­ст­ри­рую­щая про­дук­ты ре­ак­ции. Ли­ней­ные К. ра­бо­та­ют на ос­но­ве встреч­ных пуч­ков, соз­дан­ных ли­ней­ны­ми ус­ко­ри­те­ля­ми. Встреч­ные пуч­ки име­ют не­вы­со­кую (по срав­не­нию с не­под­виж­ной ми­ше­нью) плот­ность, по­это­му ха­рак­те­ри­сти­ки К. долж­ны обес­пе­чи­вать мак­си­маль­ную ве­ро­ят­ность столк­но­ве­ния час­тиц в точ­ках пе­ре­се­че­ния их тра­ек­то­рий.

Важ­ней­шей ха­рак­те­ри­сти­кой экс­пе­ри­мен­тов на К. яв­ля­ет­ся ско­рость $n$ ре­ги­ст­ра­ции ред­ких про­цес­сов (чис­ло ре­ги­ст­ра­ций за еди­ни­цу вре­ме­ни). Она про­пор­цио­наль­на по­пе­реч­но­му эф­фек­тив­но­му се­че­нию $\sigma$ про­цес­са (пло­ща­ди кру­га, внут­ри ко­то­ро­го долж­ны столк­нуть­ся час­ти­цы, что­бы про­изош­ла изу­чае­мая ре­ак­ция). К нач. 21 в. се­че­ние ис­сле­дуе­мых про­цес­сов со­став­ля­ет 10–28–10–32 м2. Ве­ли­чи­ны $n$ и $\sigma$ свя­за­ны ме­ж­ду со­бой че­рез па­ра­метр $L$, на­зы­вае­мый све­ти­мо­стью и оп­ре­де­ляе­мый ха­рак­те­ри­сти­ка­ми К.: $n=\sigma L$. Для коль­це­во­го К. $L=N_1N_2f/s$, где $N_1$ и $N_2$ – чис­ло час­тиц в пер­вом и вто­ром пуч­ках со­от­вет­ст­вен­но, $f$ – час­то­та их об­ра­щения в коль­цах К., $s$ – по­пе­реч­ная пло­щадь столк­но­ве­ния пуч­ков (её ха­рак­тер­ная ве­ли­чи­на по­ряд­ка 10^–10 м²). Дос­тиг­ну­тые зна­че­ния $L$ со­став­ля­ют для про­тон-ан­ти­про­тон­ных ус­та­но­вок ок. 10³⁶ м^–2·с^–1, для элек­трон-по­зи­трон­ных – ок. 10³⁸ м^–2·с^–1.

Ве­ли­чи­на $n$ ма­ла; для её уве­ли­че­ния тре­бу­ет­ся по­вы­ше­ние ин­тен­сив­но­сти пуч­ков и умень­ше­ние $s$. Пер­вое тре­бо­ва­ние реа­ли­зу­ет­ся пу­тём пред­ва­ри­тель­но­го на­ко­п­ле­ния час­тиц, вто­рое – за счёт ох­лаж­де­ния пуч­ков. Вре­мя жиз­ни пуч­ков ог­ра­ни­чи­ва­ет­ся гл. обр. внут­ри­пуч­ко­вым ку­ло­нов­ским взаи­мо­дей­ст­ви­ем, рас­сея­ни­ем на ос­та­точ­ном га­зе (для умень­ше­ния ко­то­ро­го дав­ле­ние в ка­ме­ре по­ни­жа­ют до 10^–8 Па) и со­став­ля­ет ча­сы и су­тки. 

Круп­ней­шие К. рас­по­ло­же­ны в Ев­роп. ор­га­ни­за­ции по ядер­ным ис­сле­до­ва­ни­ям (ЦЕРН, Швей­ца­рия), в Нац. ла­бо­ра­то­рии им. Э. Фер­ми и Брук­хей­вен­ской нац. ла­бо­ра­то­рии (США), Ис­сле­до­ва­тель­ском цен­тре ус­ко­ри­те­лей вы­со­ких энер­гий (Япо­ния). На Боль­шом ад­рон­ном К. в ЦЕРНе пла­ни­ру­ет­ся до­стичь энер­гии ча­стиц 14 ТэВ. См. так­же Ад­рон­ный кол­лай­дер.