Л.Л. Гольдин, Г.И. Новикова - Квантовая физика. Вводный курс (1129347), страница 98
Текст из файла (страница 98)
Этот ускоритель был построен для ускорения — и аннигиляции — протонов и антипротонов. Отсюда происходит его название: протонный синхротрон, Р5. Сейчас он может ускорять любые заряженные частицы. Его кольцо имеет в диаметре 200 метров. Он получает частицы от бустера, который в свою очередь получает их от системы линейных ускорителей — для каждого типа частиц нужен свой линейный ускоритель. Энергия ннжектируемых в Р5 частиц меняется от 500 МэВ для электронов до 4,2 МэВ на нуклон для ионов свинца. (Электроны и позитроны накапливаются перед инжекцией в кольце ЕРА, изображенном в нижней правой части рисунка.) Г1ротоны ускоряются в Р5 до 28 ГэВ.
Затем следует 5Р5 — лсупер протонный ускоритель», который получил свое название от цели, для которой он вначале предназначался. Сейчас он может ускорять любые заряженные частицы. Периметр его кольца составляет 6 км. Магнитная система содержит 744 заворачивающих магнита и 216 квадрупольных линз. 5Р5 получает частицы от Р5. ВР5 расположен под землей.
При ускорении протонов н антипротонов их энергия поднимается до 450 ГэВ. 5Р5 часто используется как коллайдер протонов и антипротонов. Подготовка к работе в режиме коллайдера это сложный процесс. Сначала в течение многих циклов накапливаются антипротоны, а только потом в камеру вводится пучок протонов. При работе в режиме коллайдера на 5Р5 были открыты переносчики слабого взаимодействия — И'+, И' и Яо бозоны. Скажем несколько слов об аннигиляции протонов н антипротонов. Среди продуктов аннигиляции большую часть составляют и-мезоны ( 95%), затем следуют 7г-мезоны (-5Ж) и только менее 1;4 приходится на долю всех остальных частиц.
Последний из ускорителей — это ЕЕР, получающий частицы от 5Р5. Его кольцо имеет в периметре 27 км. Тоннель ЕЕР расположен на глубине 100 м и проходит под территорией Швейцарии и Франции. Рабочие станции располагаются на территории обоих государств. Название ускорителя происходит от его первоначального назначения — он строился для ускорения и исследования процесса аннигиляции электронов и позитронов. Сейчас он используется для ускорения и аннигиляции любых частиц.
Его магнитная система содержит 3368 магнитов и 808 квадрупольных линз. Экспериментальные станции располагаются по периметру в четырех равноотстояших участках кольца. 1,ГР ускоряет электроны и позитроны до энергии 100 ГэВ. Ускорение электронов до более высоких энергий оказывается невозможным из-за синхротронного излучения. По- $88 усилители злгяжннпых чхстиц 473 терн на излучение тяжелых частиц при таких энергиях еще пренебрежимо малы. В режиме аннигиляции пучки частиц и античастиц в точках соударения сжимаются до размера меньше человеческого волоса. Частицы совершают в камере!0000 оборотов в секунду, но должны обращаться в камере ускорителя часами... Количество полученных на СЕР Уо-частиц исчисляется сейчас миллионами, а число И'-бозонов — многими сотнями.
Сейчас интенсивно ведется подготовка к сооружению !.НС вЂ” большого коллайдера тяжелых частиц. Он будет располагаться в тоннеле 1.ГР. Индукция магнитного поля в его сверхпроводящих магнитах составит 8,3 Тл. 1.НС будет получать протоны и антипротоны от 5РВ при энергии 450 ГэВ и ускорять их до 7 ТэВ. Ток ускоренных частиц составит 0,56 А, а энергия, содержащаяся в каждом из пучков, будет равна 850 МДж! В заключение скажем несколько слов об экспериментальных установках, работающих на ускорителях. Это многофункциональные измерительные комплексы, включающие в свой состав магнитные трековые спектрометры, детекторы П-квантов и нейтральных адронов (п,то,Ко....), огромные дрейфовые камеры, черенковскне и сцинтилляционные счетчики н многое другое.
В последнее время начали интенсивно изучаться процессы взаимодействия нейтрино с веществом. В одной нз таких установок на пути нейтринного пучка установлена 700- тонная стальная мишень, прослоенная детекторами. Результаты, полученные на экспериментальных установках, сразу попадают на ЭВМ, что позволяет непосредственно следить за ходом опытов и открывает доступ к результатам для широкого круга ученых. ЗАКЛЮЧЕНИЕ На этом мы заканчиваем изложение основ нерелятивистской квантовой физики. Вне рамок книги остались многие важные ее разделы, в том числе исследование свойств зависящего от времени уравнения Шредингера (2 32) и вопросов, которые им описываются.
Мы имеем в виду расчет вероятности различных процессов: электромагнитных переходов в электронных оболочках атомов, отклонения заряженных частиц в кулоновском поле, рассеяния в поле ядерных сил и т.д, Не обсуждались также экспериментальные и теоретические исследования времен жизни возбужденных состояний частиц и эффективных сечений при различного типа взаимодействиях, которые представляют огромную важность и служат одним из основных источников наших сведений о строении молекул, атомов и ядер. Мы почти не обсуждали результатов релятивистской квантовой физики. Скажем о ней несколько слов.
Создание этой науки относится к 1928 году, когда Поль Дирак предложил свое знаменитое релятивистки-инаариантное уравнение. В это уравнение симметрично входят ф-функции частиц н античастиц в обеих возможных спиновых состояниях — всего четыре величины. Волновая фушсция Дирака представляет поэтому 4-компонентный вектор, а само уравнение носит матричный характер. При создании теории о существовании позитронов ничего не было известно, и их последующее экспериментальное обнаружение явилось подлинным триумфом теории.
(На самом деле события развивались менее гладко. Дирак вначале думал, что его уравнение описывает одновременно не электрон и позитрон, а электрон и протон. В то же время К. Андерсон, открывший позитрон, по-видимому, ничего не знал о теории Дирака). Сравнение теоретических и экспериментальных результатов надежно подтверждает справедливость теории. Следующий шаг в понимании электромагнитных явлений был сделан при создании квантовой электродинамики — последовательной квантовой теории электромагнитного поля. Наибольший вклад в создание этой пауки внесли П. Дирак, К).Швингер, Ф.
Дайсон и Р.Фейнман. Квантовая электродинамика сейчас прекрасно развита и служит образцом для построения других физических теорий, о которых мы расскажем ниже. С помощью квантовой электродинамики были рассчитаны многие электромагнитные явления, в частности, было уточнено значение ЗАключеиив 475 магнитного момента электрона. Измеренное на опыте значение, равное (1,001159652209х 0,31 10 'о)7!и, находится в прекрасном согласии с расчетным значением.
которое было вычислено теоретически приблизительно с той же точностью. Скажем несколько слов о физике макроскопических квантовых систем. Читатели уже познакомились с оптическими квантовыми генераторами и с основными представлениями физики твердого тела. Оба этих раздела современной физики исследуют свойства макроскопических систем, которые могут быть поняты только с помощью квантовых представлений. Два других важных явления остались вне рамок пашей книги. Мы имеем в виду сверхтекучесть и сверхпроводимость. Как мы уже отмечали, оба эти явления связаны с бозе-конденсацией.
Такая конденсация возможна только у частиц, подчиняющихся статистике Бозе— Эйнштейна, а значит обладающих целыми значениями спина. Все частицы бозе-конденсата обладают одной и той же волновой функцией, соответствующей нижнему, невозбужденному состоянию. Сверхтекучесть гелия (при температурах ниже 2,17 К) была открыта П.Л. Капицей в 1938 году. Первую теорию этого явления дал Л. Д.
Ландау. В соответствии с теорией было обнаружено, что сверхтекучестью обладает 4Не, имеющий нулевое значение спина, и не обладает зНе, спин атомов которого равен 1/2. Впоследствии было обнаружено, что при еще более низких температурах (ниже 2,6 10 з К) и высоких давлениях сверхтекучестью обладает и зНе. Исследование этого вопроса показало, что в этих условиях атомы зНе объединяются в пары, обладающие нулевым спином. Сверхпроводимостью называется обращение в нуль электрического сопротивления некоторых веществ.
Она была открыта в 19П году Х. Каммерлинг-Оннесом. Механизм сверхпроводимости связан с бозекондесацией электронов, переносящих электрический ток. Ясно, что такая конденсация невозможна для отдельных электронов и может происходить только у электронных пар, обладающих целым (нулевым) спином. Долгое время механизм, связывающий электроны в пары не был ясеп. В !967 году Л. Купер, Д. Шриффер и Д. Бардин показали, что такая связь возникает из-за взаимодействия электронов с фононами— квантами колебаний плотности кристаллической решетки. Более полную теорию сверхпроводимости создал Н. Н. Боголюбов. Прямые опыты подтвердили, что заряд переносчиков электрического поля при сверхпроводимости, действительно, равен 2е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
