Kirish Tanlangan mavzuning dolzarbligi

2.3. Yuqori energiyali zarrachalarni tezlashtirish va qayd qilish usullari.
Zarralar fizikasining oldingi eksperimentlari (50-chi yillarning boshlarigacha) birinchi navbatda Vilson kamerasi va yadroviy emulsiya kabi trekli detektorlarda, hamda Geyger sanagichlari, proporsional sanagichlar va ionlashtiruvchi sanagichlar kabi “elektronli sistemalarda” o’tkazilgan. Bu detektorlar kosmik nurlarni kuzatish uchun yaxshi bo’lgan, ammo tezlatkichlar asri boshlanishi bilan boshqalariga joy berishdi.
Hozirgi paytda trekli detektorlarning muhim tiplariga pufakchali kameralar va uchqunli kameralar hisoblanadi, elektronli tizimlar uchun esa ssintillatsion sanagichlar, Cherenkov sanagichlari va simli proporsional sanagichlar hisoblanadi. “Izli detektorlar” deb hodisalar tahlili treklarning, ya’ni hodisalar izlarining fotografik tasviri bo’yicha olib boriladigan istalgan sistemalar tushuniladi; “elektronli” sistema deb esa, elektr impulslari shaklida hodisalarni yozib borish tushuniladi, bunda ular magnit lentalariga yozib saqlanishi mumkin. Istalgan tur magnit lentalariga yozib olingan hodisalarni tahlil qilishni va interpretatsiyalashni EHMlar yordamisiz amalga oshirib bo’lmaydi. Bu EHMlar ba’zan eksprementdan keyin qo’shiladi (avtonom yoki oflayn rejimida), yoki bevosita eksprement davomida (operativ yoki “onlayn” rejimida). Biz bu yerda turli-xil detektorlarning xarakterli o’ziga xosligini va ularning yuqori energiyalar fizikasida qo’llanilishi yaroqligini qarab chiqamiz. Eksprement uslubi nafaqat fizik jarayonlarga mos xarakteristikalari bilan, balki yuqori energiyali tezlatkichlardan hosil qilingan zarrachalar dastalarining xossalari bilan ham aniqlanadi. Shuning uchun qisqacha bo’lsa ham zarrala rtezlatkichlariga to’xtalib o’tamiz.

Tezlatkichlar

Yuqori energiyali protonlar yoki elektronlar dastalari asosan ikki turdagi tezlatkichlar yordamida olinadi. Siklik (davriy)-tezlatkichlarda –sinxrotronlarda zarrachalar yuqori chastotali (YUCH) maydon tezlashtiriladi va elektromagnitlar yordamida doimiy radiusli aylanada o’shlab turiladi. Chiziqli tezlatkichlarda esa zarrachalar YUCH-rezonatorlar joylashgan to’g’ri chiziq bo’ylab tezlashtiriladi. 1GeV dan yuqori bo’lgan sohalarda odatda to’rt turdagi tezlatkichlar qo’llaniladi: (jadvalga qaralsin):

1. 
   Protonli sinxrotronlar;
   
2. 
   Elektronli sinxrotron;
   
3. 
   Elektronli chiziqli tezlatkich;
   
4. 
   Qarama-qarshi yo’nalgan dastali qurilma (kolayder)
   

Protonli tezlatkichdagi aylana bo’ylab harakatlanayotgan protonlar dastasi YUCH-maydon tomonidan bir yoki undan ko’proq marta tezlashtiriladi. Impuls kattalashtirilganda orbita radiusini o’zgartirilmasdan saqlab qolish uchun mos ravishda magnit maydonini oshirish talab qilinadi. Ma’lumki, radiusning davomiyligi maydon hosil qilinadigan hajmini va uning elektromagnitini kamaytirishni talab qiladi. Keyin esa, protonlar tezligining oshishi bilan YUCH-maydonning chastotasi ham oshar ekan tezlik c ga yaqinlashganda u qandaydir doimiy qiymatga intiladi. Sinxrotronga protonlar yordamchi chiziqli tezlatkichlarda energiyasi 10 dan 50 MeV gacha tezlashtirilgandan keyin kiritiladi, bunda ularning boshlang’ich tezligi 0,2 gacha yetadi. 30 GeVli SERN dagi protonli sinxrotronda, misol uchun, dastaning energiyasi bir aylanishda YUCH-maydon ta’sirida keVgacha oshadi, unda yetishish uchun 3_{ } 10⁵ talab qilinadi. Tezlatkichning “xalqasi”100 m radiusga ega va 240 ta magnitdan iborat. Tezlashtirish sikli tugaganidan keyin maksimal energiyaga yetishgan protonlar to’plami (taxminan 10¹² ta proton), ichki nishonga yo’naltiriladi yoki tezlatkichdan chiqarilib tashqi nishonga beradi. Butun tezlashtirsh sikli 2 sekunddan 3 sekundgacha vaqtni egallaydi va undan keyin yangi protonlar to’plami bilan siklni boshlaydi.
Jadval 1. Ishlayotgan va qurilayotgan tezlatkichlar

Maksimal ener giya, Gev	Labaratoriya, mamlakat	Ishga tushurilish sanasi	Qattiq yoki kuchsiz fokuslash	diametr
Protonli sinxrotronlar 400 400 75 33 30 12,5 12 10 8 Elektronli sinxrotronlar 12 7,5 Elektronli- chiziqli tezlatkich 22 To’plovchi xalqalar 28 PP 3,6 e^+e^- 1,5 e^+e^-	Fermi nomidagi tezlatkichlar milliy laborotoriya (NAL), Batoviya (AQSH) Yevropa tadqiqotlar markazi (SERN) Jeneva (Shvetsariya) Yuqori energiyalar fizikasi instituti Serpuxov (Rossiya) Brukxeyven milliy labaroto riyasi (BNL), Alton (AQSH) SERN, Jeneva (Shvetsariya) Argoni milliy labaratoriya (ANL), Argoni (AQSH) Yuqori energiyalar fizikasi milliy labaratoriyasi, Iukuba (Yaponiya) Birlashgan yadro tadqiqotlari instuti, Dubna (Rossiya) Rezerford labaratoriyasi, Xilton (AQSH) Kornel universiteti Itaka (AQSH) Nemis elektronli sinxrotron (DEZI) , Gamburg Stenford universiyeti (SLAK), Stenford (AQSH) SERN , Jeneva(Shvetsariya) DEZI, Gamburg (Germaniya) Milliy labaratoriya Fraskati (Italiya)	1972 1970 1967 1960 1959 1963 1975 1957 1963 1967 1964 1966 1971 1974 1969	Qattiq Qattiq Qattiq Qattiq Qattiq Kuchsiz Qattiq kuchsiz Qattiq kuchsiz qattiq --- Qattiq Qattiq Qattiq	2000 2200 472 256,9 200 54,7 108 72 53,3 250 100,8 3050 uzunligi 300 100  32,8

Magnit maydoni nafaqat dastani ma’lum yo’lga yo’naltirish uchun, balki uni fokuslash uchun ham zarur bo’ladi. Bunda magnitlarning qutbli uchlariga shunday shakl beriladiki, maydon vertical va gorizontal yo’nalishlar bo’yicha gradiyentga ega bo’ladi. Oldinlari kuchsiz fokuslovchi sinxrotronlar qo’rilgan. Bu holda kichik gradiyentlardan foydanilgan bo’lib, dasta kesimi kata bo’lgan (ko’ndalang bo’yicha bir necha santimetr) va bunda vakuumli kameralar va kata o’lchamli magnitlar qo’llanilgan. Zamonaviy qattiq fokuslangan tezlatkichlarda esa kata gradiyentlardan foydaniladi, ularning ishorasi bir magnit to’plamidan boshqasiga o’tishida navbatma-navbat keladi. Shunday qilib, dasta vaqt o’tishi mobaynida gorizontal bo’yicha fokuslanadi, vertical bo’yicha defokuslanadi (ya’ni fokusi buziladi), keyin esa aksincha. Natijada ikki yo’nalish bo’yicha ham fokuslovchi effektni hosil qilish mumkin.

Bunda juda ham kichik kesimli dastani hosil qilish mumkin (santimetrlarda esa millimetrlarda o’lchanadigan), Buning uchun kichik o’lchamli magnitlardan foydalanish mumkin va demak sarf-harajatlar ham kamroq bo’ladi.
Elektronli sinxrotronlarning ham ishlash prinsipi taxminan xuddi yuqoridagidek bo’lib, bunda faqat shuni aniqlashtirish lozimki, elektronlar-har doim relyativistik zarrachalar va shuning uchun aylanish davri (juda yuqori) o’zgarmaydi, balki faqat magnit maydoni o’zgaradi. Bunday tezlatkichlarning asosan o’ziga xosligi- elektronning energiyasini sezilarli radiatsion yo’qotishi (sinxrotron nurlanish sabab). Ma’lumki, energiyaning bunday yo’qotilishi E²/_{ }ga proporsional , bu yerda E-elektron energiyasi,_{ }-orbita radiusi, elektronlarni kata energiyagalargacha tezlatish uchun yoki YUCH-quvvatlarning kutilmagan sarfi (energetic yo’qotishni) kompensiyalash uchun juda ham katta o’lchamli tezlatkichlar talab qilinadi. Shuning uchun energiyasini 10 GeVdan yuqoriga yetkazish uchun faqat chiziqli elektronli tezlatkichlar qo’llaniladi. Unda elektronlar uzun vacuum- o’tkazgich bo’ylab yuguruvchi elektromagnit to’lqinlar yordamida tezligi oshiriladi. Elektronlarning eng kata chiziqli tezlatkichi Stenfordda qurilgan; u 3000m dan ziyodroq uzunlikka ega bo’lib, elektronlarni 15-20 GeV gacha tezlatadi. Bu tezlatkich juda ham intensive elektronli impulslarni beradi, ularning davomiyligi 2mks bo’lib, sekundiga 360 marta takrorlanadi.
Nihoyat to’qnashuvchi dastalar qurilmasi haqida qisqacha to’xtalib o’tamiz. Qo’zg’almas protonli nishonga kelib tushuvchi qo’llaniladigan eksprementlarning kamchiligi shundan iboratki, unda to’qnashuvda sarf bo’lishi mumkin bo’lgan energiya (massa markazi sistemasida) taxminan _{ } ga teng bo’ladi (E X marta oshganda, yangi zarrachalar hosil bo’lishiga yetadigan energiya bor-yo’g’i _{ } marta oshar ekan. Agar ikkala proton ham E energiyaga va qarama-qarshi yo’nalishli tezlikka ega bo’lsa, u holda peshonama-peshona to’qnashuvda taxminan 2E teng energiyaga ega bo’lar edi, protonli to’qnashuvchi dastalar bilan tajribalar o’tkazish uchun, sinxrotrondan navbati bilan ikkita konsentrik magnit xalqalarga sochib turadi, u yerda esa qarama-qarshi yo’nalishga yirkulliyatsiyalaydi. SERN dagi kesishuvchi to’plovchi xalqalarda dastalar sakkizta sohalarda kesishadi, shuning uchun dastalarning to’qnashuvini bir necha joylarda o’lchash mumkin. Shuni eslatib o’tish lozimki, protonlarning energiyasi 25 GeV bo’lganda, o’chrashuvchi dastalar holida to’qnashuv energiyasi xuddi qo’zg’almas protonli nishonga 1300 GeV energiyali protonniki kabi bo’ladi. Bundan tashqari, electron-protonli to’plovchi xalqalar ham yaratilgandir: ma’lumki, bu holda zaryadlari turli xil bo’lganligi uchun ikkala dastalarga bitta xalqa yetarli bo’ladi.