Синхротроны похожи на циклотроны, так как частицы в них также движутся по кривой при использовании электромагнитов, однако траектория частиц закрытая. Принципиальное различие устройств связано с конфигурацией электромагнитных полей, которые в случае синхротронов составные и включают в себя простые биполярные электромагниты, а также сложные конфигурации квадриполярных, октуполь- ных и так далее магнитов. Сложность компенсируется прекрасными экспериментальными условиями с наиболее высокой энергией. Так как ускоряемые частицы, например электроны, являются заряженными, они испускают электромагнитное излучение, известное как "свет синхротрона". Ускорение, необходимое для поддержания траектории, предполагает мгновенное изменение скорости частицы, так что возникает излучение. Это излучение используется в разных областях, в том числе и в медицине.
РИС . 2
Электроны попадают в циклотрон в центральной части, где на них действует магнитное поле, в результате электроны движутся по траектории полукруга в полуцилиндре.
В зазоре между полуцилиндрами электрическое поле начинает действовать на электроны и ускорять их линейно, чтобы они попали наследующий уровень с противоположным магнитным полем. Получая в каждом цикле приращение энергии, электроны продолжают движение по полуокружностям большего радиуса. Наконец, пучок выводится наружу на очень высокой скорости.
Начиная с 1960-х годов синхротроны стали применяться в качестве коллайдеров: ускоренные частицы циркулируют в противоположных направлениях и в конце концов сталкиваются. При взаимодействии возникает большое количество энергии (двойное, если ускоряется одна из частиц). Между сталкивающимися частицами находятся один электрон и один позитрон или два протона. Одним из первых был запущен SPEAR в Стэнфорде (США), он действует по сей день.
Благодаря коллайдерам были достигнуты значительные успехи в физике частиц. Одним из важнейших коллайдеров является Тэватрон, расположенный в национальной ускорительной лаборатории им. Энрико Ферми (Fermilab) в Иллинойсе (США). Он позволяет ускорить протоны и антипротоны в кольце длиной шесть километров до энергии 0,9 ТэВ. Запуск этого коллайдера состоялся в 1987 году. В 1995 году с его помощью был открыт топ-кварк.
Самый мощный коллайдер, являющийся самым крупным и дорогим научным инструментом всех времен, — большой адронный коллайдер (сокращение БАК, или LHC от английского Large Hadron Collider). Коллайдер построен в ЦЕРНе (Европейский совет ядерных исследований), находящемся недалеко от Женевы, на границе Швейцарии и Франции. БАК может сталкивать протоны с энергией, которая в ближайшее время достигнет 7 ТэВ на каждый протон. В апреле 2012 года был зафиксирован рекорд в 8 ТэВ (два пучка протонов по 4 ТэВ циркулировали в противоположных направлениях). Речь идет о необыкновенном инструменте для исследований, в котором протоны ускоряются практически до скорости света и при столкновениях воспроизводят некоторые условия Большого взрыва. Первый неудачный запуск коллайдера был совершен в 2008-м, а регулярное использование началось с 2009 года, хотя первые столкновения частиц стали выполняться только через год. Коллайдер позволил подтвердить существование частицы, "соответствующей по характеристикам бозону Хиггса", что является фундаментальным открытием в понимании причины, по которой у частиц есть масса согласно стандартной модели физики частиц. Открытие было сделано 4 июля 2012 года.
Список рекомендуемой литературы
Aczel, A., Las guerras del uranio, Barcelona, RBA, 2012.
Bryson, B., Una breve historia de cast todo, Barcelona, RBA, 2003.
Gamow, G., Biografia de la ftsica, Madrid, Alianza, 2011.
Gribbin, J., Historia de la ciencia, 1543-2001, Barcelona, Critica, 2003.
Hooft, G., Parttculas elementales, Barcelona, Drakontos, 2008.
Krach, H., Generaciones cudnticas: una historia de la ftsica en el siglo xx, Madrid, Akal, 2007.
Pullman, B., El àtomo en la historia de la humanidad, Barcelona, Ediciones de Intervention Cultural, 2010.
Sanchez Ron, J.M., Historia de la ftsica cudntica, Barcelona, Critica, 2001.
Teresi D. y Lederman L, La parttcula divina, Barcelona, Drakontos, 2007.
азот 13, 28, 78, 105, 108-111, 147
актиний 73, 74, 86, 87, 149
алхимия 10, 84
Альварес, Луис 151
алюминий 51, 64, 128
Андерсон, Карл 127
анод 32
аргон 77, 78, 84
атом 7-10, 13, 15, 18-36, 38, 40, 42, 45, 52, 56, 72, 80-83, 85-89, 94, 95, 102, 103, 105, 108-112, 115, 117, 122, 124, 125, 129-131, 133, 135-142, 144-147, 150, 151
атомное ядро 5, 7,15, 18, 20, 23, 25, 36, 38,
40, 42, 66, 104, 105, 107, 110, 111, 115. 121, 124, 129, 136, 138, 140, 141, 143, 146
БАК (Большой адронный коллайдер, LHC) 39, 154
Бальмер, Якоб 41, 42
Бейкерианская лекция 100, 123
Беккерель, Антуан Анри 47, 51, 53-60, 63, 67
Бертло, Марселей 30
бозон 133, 154
Болтвуд, Бертрам 92
Больцман, Людвиг 31, 32
Большой взрыв (Big Bang) 8, 154
Бор. Нильс 10, 38-43, 107, 109, 143
Брайсон, Билл 109
броуновское движение 9, 34
Брукс, Харриет 101
Брэгг, Уильям 123
вакуум 7, 9, 10, 19, 20, 22, 150
Велтман, Марти нус 8
вероятность 23, 67, 89, 148
Виллард, Поль 66, 67
водород 8, 10, 27, 29, 30, 42, 78, 85, 108-110, 124, 125, 141
возраст Земли 11, 13, 69, 89-93, 97, 100
волна электромагнитная 45, 148
выставка 1851
года 49, 135
Габер, Фриц 112
газ
благородный 78
горчичный 113, 116
Галилей, Галилео 27
Гамов, Георгий 131, 132
Ган, Отто 10, 43, 97, 101, 103, 115, 116, 129, 130
Гейгер. Ханс 13, 18, 19, 21, 22, 24, 37, 97, 101, 102, 114-116
Гейзенберг, Вернер 39, 121
гелий 8, 13, 19, 67, 78, 86, 91, 102, 103, 111. 125, 135, 146
Гелл-Ман, Мюррей 132
генератор Кокрофта — Уолтона 139
Герц, Генрих 45
гидрофон 119
Дальтон, Джон 28-29
Дарвин, Чарльз 10, 65, 90
дейтерий 8, 125, 140
Демокрит 26, 36
Дирак, Поль 128
Дюма, Жан-Батист 30
Жолио, Фредерик 115, 124, 126-128, 137
заряд электрический 23, 33, 47, 52, 60, 82, 125, 126, 132
излучение (радиация) 9, 11, 13, 20, 23, 36, 39, 40, 47, 52, 56, 58-64, 66, 67, 72-74, 79, 81-83, 86, 87, 99, 100, 102, 103, 108, 116, 126-128, 132, 146-148, 150, 153
альфа 66, 81, 85, 87, 103, 108, 126-128, 147
бета 66, 72, 82, 86, 147
гамма 47, 66, 67, 68, 126, 127, 147, 148
изотоп 77, 81, 87, 89, 92, 125, 140, 145-148
ионизация 56, 62, 146, 147
Кавендишская лаборатория 13, 37, 49, 57, 63, 78, 98, 103, 114, 115, 120, 122, 123, 127, 131, 134, 137, 143
Капица, Петр Леонидович 17, 128, 130, 134-135, 133-136
катод 32, 33, 152
квантовая физика 38-40, 51, 107, 122, 123, 135
квантовый скачок 42
кваркв, 132, 133, 150, 154
Кельвин, лорд 90, 91, 93, 97, 100
Кирхгофф, Густав 41
кислород 8, 10, 13, 27, 28, 108, 109, 111, 135
Клапрот, Мартин Генрих 61
клинамен 26
Кокрофт. Джон 13, 128, 131, 133-141, 150
коллайдер 153, 154
Комптона эффект 125
Копенгаген 38, 39
Королевское общество 13, 22, 38, 51, 98, 100, 116, 124, 130, 134
Крик, Фрэнсис 52
Крукс, Уильям 33, 52, 65, 75, 78
Кюри. Ирен 59, 113, 115, 124, 126-128, 137
Кюри, Мария 40, 47, 58-60, 62, 68, 94, 96, 98-101, 113, 119, 126
Кюри. Пьер 58-61, 78, 94, 96, 99
Лавуазье, Антуан Лоран 27, 29, 79
Ланжевен, Поль 98, 119
Лауз, Макс фон 56
Ленард, Филипп 54, 143
литий 136, 139, 140, 151
Лоуренс, Эрнест 136, 152
лучи
альфа 13, 18, 20, 22-25, 64, 66, 67, 72, 73, 78, 81, 82, 85, 102-104, 148, 151
Беккереля 55, 63 бета 64, 82, 83, 86
гамма 52, 67, 68
икс 13, 51-56, 59, 63, 65, 67, 82, 96, 113. 117, 123
катодные 32, 37, 51, 53, 56, 65
рентгеновские 51
магнитное поле 33, 65, 67, 68, 82, 128, 136, 152, 153
Макгилл, университет 13, 63, 75, 83-84, 89, 96, 101-103
Максвелл, Джеймс Клерк 30, 31, 122
Маркони, Гульельмо 50, 51
Марсден, Эрнст 19, 21, 22, 24, 101, 107, 108
материя 7-9, 11, 13, 19, 24, 27-29, 36, 38, 40. 47, 51, 56, 68, 74, 81, 82, 84, 85, 94-96, 100, 109, 123, 125, 131, 132, 135, 147, 150
Мейтнер, Лиза 11, 97, 128
Менделеев, Дмитрий Иванович 78, 79
модель атомная 13, 15, 20, 21, 25, 34, 36, 38, 40, 56, 107
Мозли, Генри 116-117
молекула 7, 30, 31, 35, 123
нейтрино 133, 147
нейтрон 8, 13, 32, 86, 111, 115, 122, 125-127, 140-142, 141, 145-148
Новая Зеландия 13, 44, 45, 49, 50, 63, 75, 98, 107, 117
Ньютон, Исаак 144 Ньютон, Мэри 13, 45, 49, 63, 75
Олифант, Марк 142
отбор естественный 65, 90
Оуэнс, Роберт Боуи 72
Паттерсон, Клэр Кэмерон 92
Первая мировая война 59, 107, 112, 115, 117, 118
Перрен, Жан-Батист 34, 35, 98
Планк, Макс 39, 40, 114
позитрон 128, 147, 154
полоний 59, 61, 62, 73, 81, 83, 126, 128
Праут, Уильям 30
протактиний 77, 146
протон 8, 15, 18, 23, 25, 31, 87, 91, 105, 109, 111, 117, 125-127, 132, 136, 140, 145- 147, 150-152, 154
Пуанкаре, Анри 32, 38
пудинг с изюмом (модель атома) 21, 35
пьезоэлектрический эффект 59
радий (элемент) 20, 22, 59-62, 66, 67, 73, 74, 81-83, 86, 91, 94, 95, 99, 100, 153
радиоактивность 11, 18, 19, 47, 49, 51, 55, 59, 61, 63, 65, 66, 69, 71-77, 79-90, 92-96, 98-100, 116, 128, 145
индуцированная 74
радиоволна 13, 45, 50-52
"Радитор" 99
радон 20, 77, 101
рак 52, 99
Рамзай, Уильям 77, 78, 83, 97, 102, 103
распад (дезинтеграция) радиоактивный 5, 13, 69, 83, 84, 87-89, 91, 100, 145
расщепление 10, 150
ядерное 101, 128-130, 141
реакция химическая 28, 78, 112
резерфордий 144
Резерфорд, Эйлин 7, 9-11, 13, 15, 17-19, 21-25, 29-31, 35-40, 42-45, 47, 49-51, 56-60, 62-64, 66, 67, 69, 71-78, 80-103, 105, 107-110, 112, 113, 115-125, 127, 130-144, 146
Рентген, Вильгельм Конрад 51
Рэлей, лорд 78, 118, 122
ряды радиоактивные 148, 149
сверхтекучесть 135
семейство радиоактивное 91
синхротрон 52
Склодовская, Мария 58 (см. также Кюри, Мария)
Содди, Фредерик 13, 43, 75-78, 80, 81, 83-85, 87, 93-96, 101
Сольвеевский конгресс 39 спектр
