коллайдеры. назначение, проблемы, перспективы развития: учебное пособие.

Федеральное агентство по образованию Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» С.В. Сомов КОЛЛАЙДЕРЫ. НАЗНАЧЕНИЕ, ПРОБЛЕМЫ, ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ Рекомендовано УМО «Ядерные физика и технологии» в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений Москва 2009 УДК 621.384.6(075) ББК 32.85я7 С 61 Сомов С.В. Коллайдеры. Назначение, проблемы, перспективы развития: Учебное пособие. М.: МИФИ, 2009. 80с. Книга представляет собой цикл лекций, входящих в курс «Современный эксперимент на ускорителях». Не вдаваясь в технические детали реализации метода встречных пучков, приведены основные принципы построения коллайдеров, их преимущества и недостатки перед обычными ускорителями заряженных частиц. Показана роль коллайдеров в современном представлении о структуре и свойствах материи. Большое внимание уделено роли коллайдеров в решении актуальных проблем физики высоких энергий. Пособие предназначено для студентов старших курсов МИФИ, специализирующихся в области «Экспериментальной физики», «Физики элементарных частиц», «Физики высоких энергий», а также может быть полезно для студентов родственных специальностей. Рецензент д-р физ.- мат. наук, проф. Б.А. Долгошеин © Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», 2009 Пособие издается в авторской редакции Подписано в печать 20.10.09. Формат 60х84 1/16 Печ. л. 5,0. Уч.-изд. л. 5,0. Тираж 100 Изд. № 045-1. Заказ № Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ». Типография МИФИ 115409, Москва, Каширское ш., д. 31. ОГЛАВЛЕНИЕ Предисловие............................................................................................4 Глава I. Назначение коллайдеров и принцип их действия………...…5 1.1. Современные представления о структуре материи.. ..5 1.2. Реализация метода встречных пучков в новом типе ускорителей – коллайдерах…………………………………..7 Kонтрольные вопросы к главе I…………………… …….8 Глава II. Роль коллайдеров в современной физике элементарных частиц………………………………………………………….…..9 2.1. Наблюдение связанных состояний тяжелых кварков на электрон-позитронных коллайдерах……………….…....9 2. 2. Открытие τ-лептона на коллайдере SPEAR…… ....17 2.3. Наблюдение глюона на коллайдере PETRA………….....18 2.4. Наблюдение W± и Z0 бозонов на pp коллайдере SppS и исследование их свойств на е-е+ коллайдерах…………20 2.5. Наблюдение t- кварка на Теватроне FNAL........... .......29 2.6. Поиски Хиггса и SUSY частиц на коллайдерах… … … .35 2.7. Последние достижения в изучении СР-нарушения на е-е+ коллайдерах……………………………………… ……….43 Глава III. Для чего строят новые коллайдеры?..............................51 Контрольные вопросы к главам II и III.……………… ….56 Глава IV. Проблемы коллайдеров………………………………………..57 4.1. Светимость. …………………………………………… …..57 4.2. Накопление пучков античастиц. Роль синхротронного излучения в е-е+ коллайдерах………….……………...57 4.3. Охлаждение антипротонных пучков… ………….……60 Глава V. Перспективы развития коллайдеров………………………..64 5.1. Большой адронный коллайдер CERN…… ………….….64 5.2. Электрон-позитронные линейные коллайдеры…….….69 5.3. Мюонный коллайдер. Его возможности в изучении скалярных бозонов и физики нейтрино…………………...73 Контрольные вопросы к главам IVи V…… ……….…...79 5..5 .Список литературы…………………………….………….79 3 ПРЕДИСЛОВИЕ В основу настоящего пособия положен цикл лекций по курсу «Современный эксперимент на ускорителях», читаемый автором студентам старших курсов МИФИ. Изложенный материал базируется на опыте полученном автором при работе на современных коллайдерах. В тексте отражены основные принципы технической реализации метода встречных пучков и проблемы современных коллайдеров. Эта часть существует в сравнительно доступной для студентов научной периодике, отмеченной в списке литературы. Отличительной особенностью пособия является освещение роли коллайдеров в современной физике злементарных част