Ускоритель заряженных частиц — класс устройств для получения заряженных частиц с высокой энергией.
Ускорители элементарных частиц начали развиваться в первой половине 20 века. Первые эксперименты с ускорением частиц были проведены в 1930-х годах. Когда физики начали использовать высоковольтные электрические поля для ускорения заряженных частиц. Одним из первых ускорителей был циклотрон, изобретенный Эрнестом О. Лоуренсом в 1930 году. Циклотрон использовал магнитное поле для удержания частиц на круговой траектории и электрическое поле для их ускорения. 1940-е годы: В это время были разработаны более мощные ускорители, такие как синхротрон, который мог достигать более высоких энергий за счет синхронизации ускоряющего поля с движением частиц.
Последующее развитие:
Синхротрон
Синхротроны стали больше и мощнее, что позволяло достигать более высоких энергий. Так-же были впервые использованы сверхпроводящие магниты, их применение стало возможным благодаря достижениям в области материаловедения. Они позволили создавать более сильные магнитные поля при меньших затратах энергии. Но наиболее важным, стала разработка более точных систем синхронизации ускоряющего электрического поля с движением частиц позволила повысить эффективность ускорения.
Циклотрон
Циклотроны стали больше, увеличение радиуса позволяло частицам получать больше энергии за счет большего числа оборотов. В нём начали использовать постоянные магниты и электромагниты с улучшенной конструкцией, что в свою очередь, позволило создать более однородное магнитное поле, что увеличивало стабильность работы циклотрона.
Появление Линейных ускорителей
Линейные ускорители были длиннее обычных, что позволяло частицам набирать большую энергию за счет увеличенного расстояния для ускорения. Внедрение новейшей технологии того времени - модуляции электрического поля, позволило значительно увеличить эффективность линейных ускорителей.
Коллайдеры
Появление коллайдеров стало важным шагом в развитии технологий ускорителей. Коллайдеры позволяют сталкивать пучки частиц друг с другом, что открывало новые возможности для исследований. Разработка систем хранения пучков позволила удерживать частицы на круговой траектории длительное время, что увеличивало вероятность столкновений. В коллайдерах начали использовать сложные многослойные детекторы для регистрации результатов столкновений. Это включало использование калориметров, трекеров и других технологий для повышения чувствительности и точности измерений.
Новые технологии детектирования
Внедрение новых материалов для создания детекторов (например, полупроводниковых детекторов) улучшило качество регистрации частиц и их взаимодействий.
Появление первых компьютеров для обработки данных из экспериментов стало важным шагом в анализе результатов.
На данный момент технологии ускорителей элементарных частиц продолжают развиваться, и в мире существует несколько крупных проектов, которые играют ключевую роль в физике высоких энергий.
Наиболее важные проекты
Программа по разработке ускорителей на основе плазмы
Технологии плазменного ускорения: Исследуются новые методы ускорения частиц с использованием плазмы, что может привести к созданию компактных ускорителей с высокой эффективностью.
Новые детекторы и технологии
Современные детекторы: Разработка новых технологий детектирования, таких как детекторы на основе графена и других новых материалов, позволяет улучшить качество регистрации событий.