Лекция №8. Катта адрон коллайдери. Коллайдернинг ёрутувчанлиги. Тезлатгичларнинг саноатда ва тиббиётда қўлланиши

Почему это важно знать?
Вокруг коллайдеров существует большое число мифов. Распространено убеждение, что с помощью Большого адронного коллайдера можно создать черную дыру прямо на Земле, которая поглотит планету. Поэтому необходимо рассказывать о принципах работы коллайдеров, открытиях, сделанных с их помощью, и перспективах, которые они открывают перед современной наукой.
Основная характеристика системы со встречными пучками – величина, которая определяет число (N) событий исследуемого типа в единицу времени и называется светимостью (ёркинлик) установки. Если изучается взаимодействие с сечением d, то N = L. В наиболее простом случае, когда угол встречи пучков равен нулю,
L = R (N1N2 /S)w/2p,
где N1, N2 – полные числа частиц в каждом пучке, заполняющем кольца,
S – площадь поперечного сечения, общая для обоих пучков,
w – круговая частота обращения частиц по замкнутой орбите, 
R – коэффициент использования установки, равный отношению длины промежутков встречи пучков к периметру орбиты.
В более общем случае R зависит от области перекрытия пучков, т. е. от углов пересечения и относительных размеров пучков. Для эффективного изучения процессов взаимодействия с сечением d = 10-26–10-32 см2, величина светимости должна составлять 1028–1032 см-2сек-1. Это достигается накоплением циркулирующего тока пучков заряженных частиц и уменьшением поперечного сечения пучков при помощи специальной магнитной фокусировки в прямолинейных промежутках, а также использованием методов электронного или стохастического охлаждения с целью уменьшения поперечной компоненты импульса сталкивающихся пучков. Метод электронного охлаждения был предложен в 1966 сов. физиком Г. И. Будкером для тяжёлых частиц (протонов и антипротонов), у которых из-за практического отсутствия синхротронного излучения не происходит автоматического затухания поперечных колебаний частиц в пучке. Метод основан на эффекте передачи тепловой энергии пучка тяжёлых частиц сопутствующему (пущенному параллельно) электронному пучку с более низкой температурой. Экспериментальное подтверждение этого эффекта было впервые получено в институте ядерной физики Сибирского отделения АН СССР (1974).
Для того чтобы обеспечить непрерывный физический эксперимент с мало меняющейся светимостью установки, необходимо большое время жизни накопленных пучков частиц. Время жизни пучка (время, в течение которого интенсивность пучка уменьшается в е (2,7 раз) зависит от ряда эффектов. Главные из них – однократное и многократное рассеяние ускоренных частиц на атомах остаточного газа в камере накопителя, а для электронов и позитронов – синхротронное излучение и квантовые флуктуации; существенную роль может также играть эффект взаимного рассеяния электронов (позитронов) пучка. Экспериментальный критерий времени жизни пучка – относительная величина потери интенсивности пучков в % за 1 ч; для лучших действующих установок она составляет десятые доли % в час [для протонной установки в Европейском центре ядерных исследований (ЦЕРНе) – 0,1%/ч при токе 22 а]. Такая большая величина времени жизни пучков достигается при помощи высокого вакуума в камерах накопителей пучков: 10-11 мм рт. ст. в объёме камеры и 10-12 мм рт. ст. в зонах встречи пучков.