Экспериментальная ядерная физика - Мухин К.Н.
ISBN 5-283-04076-3
Скачать (прямая ссылка):
L = R(N1N2IS) <й/(2л),
где R—коэффициент использования установки, равный отношению длины участков встречи пучков к периметру орбиты;
и N2— полные числа частиц в каждом пучке, заполняющем накопительные кольца; S—площадь поперечного сечения, общего для обоих пучков; ш—круговая частота обращения частиц по замкнутой орбите.
Обычный порядок значений светимости на действующих установках L=(1029-H032) см-2-с"1. Вновь строящиеся установки спроектированы на значение светимости L=1033 см"2с-1.
Встречные протонные пучки были впервые получены в ЦЕР-Не (Швейцария). На рис. 350 изображена схема ускорительного комплекса ЦЕРНа, построенного в 1971 г. и последовательно реконструированного в 1976 и 1981 гг. До первой реконструкции
90 Глава XV. Нуклон-нуклонные взаимодействия при высоких энергиях
он состоял из бустера В, протонного синхротрона PS диаметром 200 м на энергию 26 ГэВ (построенного в 1959 г.) и двух накопительных колец ISR диаметром по 300 м, в которых протоны дополнительно ускорялись до энергии 31,4 ГэВ и двигались навстречу друг другу. Заполнение колец протонами производилось «впрыскиванием» в них из синхротрона PS нескольких сотен сгустков по 1012 протонов в каждом. Вакуумная и магнитная системы колец обеспечивали большее время жизни протонов (более 50 ч), благодаря чему их можно было накапливать в большом количестве.
Накопительные кольца ISR пересекались в восьми точках под углом 15°. Ширина области пересечения 4—7 см, высота 2—3 мм (рис. 351). Детектирование частиц, рассеянных при их столкновении, производилось системой сцинтил-ляционных годоскопов, включенных в схему совпадений. На встречных протонных пучках первого церновского комплекса было изучено рр-рассеяние при 7" до 31 ГэВ, что соответствует эквивалентной энергии в л. с. к. Г< 2100 ГэВ. Измерения удалось довести до углов 0,06° (область интерференции с кулоновс-ким рассеянием).
На первом этапе реконструкции (1976 г.) ускорительный комплекс ЦЕРН был дополнен кольцом SPS (диаметром 2200 м), позволяющим ускорять протоны до энергии 450 ГэВ.
Второй этап реконструкции, завершенный в 1981 г., был посвящен созданию встречных протон-антипротонных (рр) пучков. С этой целью ускорительный комплекс был дополнен накопителем антипротонов А и мишенью М для их образования (см. рис. 350). На кольцах ISR были организованы встречные рр-пучки на энергию 2x31,4 ГэВ, а на базе большого кольца SPS—новый SppS-коллайдер на энергию 2x270 ГэВ, доведенную позднее до 2x310 ГэВ.
На рр-кольцах ISR были сделаны измерения полного сечения и других параметров рр-взаимодействия, а также проводились работы по спектроскопии чармония (см. § 125). В настоящее время кольца ISR и соответствующие коммуникации (показанные на рис. 350 штриховыми линиями) демонтированы.
На SppS-коллайдере было продолжено исследование параметров рр-взаимодействия при рекордных на то время энергиях (при Г = 450 ГэВ Глаб = 433,5 ТэВ). В 1982—1983 гг. на этой установке было сделано важнейшее открытие W±- и Z0-бозонов — квантов слабого взаимодействия. Об этом открытии, а также о проектах других суперускорителей см. в § 130, п. 4.
§ 87. ( N-N )-взаимодействие при Т> 10* МэВ
91
3. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ (/V-/V)-РАССЕЯНИЯ ПРИ СВЕРХВЫСОКИХ ЭНЕРГИЯХ
Изучение (JV—#)-рассеяния при сверхвысоких энергиях позволило получить четыре важные характеристики: стполи, ступр, °"неупр и радиус взаимодействия R.
Полное сечение аполн определялось, как обычно, из ослабления пучка. Напомним, что до энергии 300 МэВ ополя = ступр. При Тр > 300 МэВ (порог рождения л-мезонов) появляется неупругая составляющая сечения, которая быстро растет в случае (р— р)-рассеяния (ступр = стнеупр=24 мб при Трх1 ГэВ)*. Согласно § 86, п. 2 неупругое рассеяние должно сопровождаться упругим дифракционным рассеянием, направленным под малым углом 0 вперед. Для определения адифр упругие события выделяются по кинематике. На рис. 352 изображена типичная картина угловой зависимости о-дНфр. Естественно, что кинематический способ отбора упругих событий дает только относительный ход сечения.
Для его нормировки используется известная из теории рассеяния оптическая теорема
1т/(0°)=^аполн, (87.3)
которая связывает между собой мнимую часть амплитуды рассеяния вперед и полное сечение стполн.
Связь между Im/(0°) и сечением рассеяния на 0 = 0 дается выражением
^(0o) = |/(0°)|2 = |Re/(0°) + iIm/(0o)|2 =
= |Re/(0o)|2 + |Im/(0o)|2 = (l+a)2|Im/(0°)|2, где a = Re/(0°)/Im/(0°).
Таким образом, ^(0°)>|1т/(0°)|2. Значение аэксп определяется из рассмотрения интерференции с кулоновским рассеянием, за которую отвечает действительная часть амплитуды. При сверхвысоких энергиях а«0.
Зная отнормированное на оптическую точку ^(6)упР и. проинтегрировав его по углу, можно найти аупр, а следовательно, и
^"неупр О" полн ^упр ¦
Напомним, что 1мб=10 27 см2 = 10 31 м2.
92 Глава XV. Нуклон-нуклонные взаимодействия при высоких энергиях
Рис. 353 Тецм,ГзЪ
Ширина дифракционного конуса б (см. рис. 352) дает представление о размерах R области взаимодействия.
