Колайдер

Кола̀йдерът (на английски: collider от на английски: collide – сблъскване) е ускорител на насрещни снопове от елементарни частици, предназначен за изучаване на продуктите от тези сблъсъци. Посредством колайдерите учените успяват да сблъскват елементарни частици на материята с голяма взаимна кинетична енергия, а след това да изучават проявленията от тези сблъсъци.

Принцип на работа

Колайдерите са два вида – кръгови, например големият адронен ускорител в Европейския център за ядрени изследвания CERN (Centre europeen de recherche nucleaire), и линейни, като проектирания Международен линеен колайдер (International Linear Collider).

История

През 1956 г. Доналд Керст предлага използването на сблъскващи се протонни снопове за изучаване на физиката на елементарните частици^[1], а Джерард О'Нил предлага използването на натрупващи пръстени (storage rings) за получаване на интензивни снопове от елементарни частици.^[2] Активната работа по създаване на колайдерите започва едновременно в края на 1950-те години в лабораториите Фраскати (Италия), SLAC (САЩ) и ИЯФ (СССР).

Първи заработва електронно-позитронният колайдер AdA, построен под ръководството на австрийския физик Бруно Тушека във Фраскати. Обаче първите резултати са публикувани през 1966 г., една година по-късно в сравнение с наблюденията на еластично разсейване на електрони през 1965 г. на НЕС-1 под ръководството на акад. Герш Будкер.^[3] По-късно са получени насрещни снопове и в американския ускорител. Тези три първи колайдера са тестващи устройства, демонстрирали възможността за изучаване физиката на елементарните частици в колайдери.

Първият адронен колайдер става протонният синхротрон ISR, пуснат в действие през 1971 г. в CERN с енергия от 32 GeV в снопа. Единственият в историята работещ линеен колайдер – SLC, работи в периода 1988 – 1998 г.

Действащи колайдери

Данните са взети от сайта Particle Data Group^[4] и от справочника „Handbook of accelerator physics and engineering“^[5].

Ускорител	Център, град, страна	Година на пускане	Ускоряеми частици	Максимална енергия на снопа, GeV	Светимост, 1030 cm−2s−1	Периметър (дължина), km
ВЕПП-2000	ИЯФ, Новосибирск, Русия	от 2006	е+е−	1,0	100	0,024
ВЕПП-4М	ИЯФ, Новосибирск, Русия	от 1994	е+е−	6	20	0,366
ВЕРС-II	IHEP, Пекин, Китай	от 2007	е+е−	1,89	2700	0,23753
DAFNE	Фраскати, Италия	от 1999	е+е−	0,7	150	0,098
Теватрон	Фермилаб, САЩ	от 1987	pp	980	171	6,28
RHIC	BNL, САЩ	от 2000	pp, Au-Au, Cu-Cu, d-Au	100/n	10, 0,0015, 0,02, 0,07	3,834
LHC	CERN	от 2008	pp, Pb-Pb	3500 (планират се 7000), 1380/n (планират се 2760/n)	10000 (достигнати 700), 0,001 (планират се)	26,659

Исторически колайдери

Ускорител	Център, град, страна	Години на работа	Ускоряеми частици	Максимална енергия на снопа, GeV	Светимост, 1030 cm−2s−1	Периметър (дължина), km
AdA	Фраскати, Италия; Орсе, Франция	1962 – 1964	е+е−	0,25		0,003
CBX	Станфорд, САЩ	1963 – 1965	е−е−	0,3		0,012
ВЕП-1	ИЯФ, Новосибирск, Русия	1963 – 1968	е−е−	0,16	0,005	0,0027
ВЕПП-2	ИЯФ, Новосибирск, Русия	1965 – 1974	е+е−	0,7		0,0115
ACO	Орсе, Франция	1966 – ?	е+е−	1
ADONE	Фраскати, Италия	1969 – 1993	е+е−	1,5
CEA	Кембриджки университет, Великобритания	1971 – ?	е+е−	6
ISR	CERN	1971 – 1984	pp	31,5		0,948
SPEAR	SLAC, Станфорд, САЩ	1972 – 1990	е+е−	3
ВЕПП-2М	ИЯФ, Новосибирск, Русия	1974 – 2000	е+е−	0,7	3	0,012
DORIS	DESY, Германия	1974 – 1993	е+е−	5
DCI	Орсе, Франция	1976 – ?	е±е±	3,6
PETRA	DESY, Германия	1978 – 1986	е+е−	20
CESR	Корнелски университет	1979 – 2002	е+е−	6	1280 на 5,3 GeV	0,768
PEP	SLAC, Станфорд, САЩ	1980 – 1990	е+е−	30
SppS	CERN	1981 – 1984	pp	315		6,9
Tristan	KEK, Япония	1986 – ?	е+е−	60
SLC	SLAC, Станфорд, САЩ	1988 – 1998	е+е−	45
LEP	CERN	1989 – 2000	е+е−	104,6	24 на Z0; 100 при >90 GeV	26,659
ВЕРС	IHEP, Пекин, Китай	1989 – 2005	е+е−	2,2	5 на 1,55 GeV; 12,6 на 1,843 GeV	0,2404
HERA	DESY, Германия	1992 – 2007	е±р	е±: 30; p: 920	75	6,336
PEP-II	SLAC, Станфорд, САЩ	1999 – 2008	е+е−	е−: 12; e+: 4	10025	2,2
KEKB	KEK, Япония	1999 – 2010	е+е−	е−: 8; е+: 3,5	16270	3,016
CESR-C	Cornell	2002 – 2008	е+е−	6	60 на 1,9 GeV	0,768

Забележки

1. Attainment of Very High Energy by Means of Intersecting Beams of Particles, D.W. Kerst et al., Phys. Rev., v.102, p.590 – 591 (1956)
2. Storage Ring Synchrotron: Device for High Energy Physics Research Архив на оригинала от 2012-03-06 в Wayback Machine., G.K. O'Neill, Physical Review, v.102, p.1418 – 1419 (1956)
3. AdA:The First Electron-Positron Collider Архив на оригинала от 2015-10-27 в Wayback Machine., C. Bernardini, Phys. perspect. 6 (2004) 156 – 183
4. High Energy Collider Parameters
5. Handbook of accelerator physics and engineering, edited by A. Chao, M. Tigner, 1999, p.11.