[ Pobierz całość w formacie PDF ]
.Zadanie wielu kołowych akceleratorów przyspie-szających elektrony polega właśnie na produkcji tego promieniowania, zwanego syn-chrotronowym.Korzystają z niego biolodzy przy badaniach wielkich cząsteczek, produ-cenci układów elektronicznych (ci wykorzystują je do litografii rentgenowskiej), fizycyciała stałego (do badań nad strukturą materiałów) oraz bardzo wielu innych specjalistówod różnych praktycznych dziedzin.Jednym ze sposobów uniknięcia tego rodzaju strat energii jest stosowanie akcelera-tora liniowego, takiego jak na przykład ciągnący się przez 3 km linak ze Stanford, zbu-dowany w latach sześćdziesiątych.Pierwotnie nazywano go M od monstrum, bo w 194tamtych czasach był urządzeniem zupełnie niesamowitym.Zaczyna się na terenie Uni-wersytetu Stanforda, mniej więcej 400 metrów od słynnego uskoku tektonicznego św.Andrzeja, i prowadzi w stronę Zatoki San Francisco.SLAC (Stanford Linear Accelera-tor Center) zawdzięcza swe istnienie wytrwałości i zapałowi jego założyciela i pierw-szego dyrektora - Wolfganga Panofsky'ego.J.Robert Oppenheimer opowiadał mi otym, jak genialny Panofsky i jego równie genialny brat blizniak, Hans, studiowali wPrinceton.Obaj osiągali celujące wyniki, z tym że jeden był o włos lepszy od drugiego.Z tego powodu, według Oppenheimera, nazywano ich Bystry Panofsky i Tępy Pa-nofsky.Który jest którym? To sekret - mówi Wolfgang.Prawdę mówiąc, wielu z nasnazywa go po prostu Pief.Różnice między Fermilabem i SLAC są oczywiste.Jeden przyspiesza protony, dru-gi elektrony.Jeden jest kolisty, drugi prosty.Gdy mówimy, że liniowy akcelerator jestprosty, to właśnie to mamy na myśli: jest prosty.Przypuśćmy, że zbudowaliśmy trzyki-lometrowy odcinek drogi.Geodeci mogą nam zagwarantować, że jest prosty, ale w rze-czywistości się mylą: z lekka się zakrzywia, bo leży na zaokrąglonej Ziemi.Dla mierni-czego stojącego na powierzchni naszej planety droga ta wygląda jak odcinek linii pro-stej, ale widziana z przestrzeni kosmicznej jest łukiem.Natomiast rura próżniowa SLACjest prosta.Gdyby Ziemia miała kształt idealnej kuli, to akcelerator liniowy byłby trzyki-lometrową styczną do powierzchni Ziemi.Urządzenia przyspieszające elektrony roz-przestrzeniły się po całym świecie, ale SLAC pozostał najbardziej spektakularnym znich.Przyspieszał elektrony do 20 GeV w roku 1960 i do 50 GeV w roku 1989.Potemna prowadzenie wysunęli się Europejczycy.Zderzenie czołowe czy tarcza?No dobrze, więc ustaliliśmy, że dysponujemy następującymi możliwościami wyboru:możemy przyspieszać protony albo elektrony, możemy to robić za pomocą akcelerato-rów mających kształt okręgu lub linii prostej.Pozostała nam jeszcze jedna decyzja dopodjęcia.Konwencjonalna metoda polega na tym, że protony uwalnia się z objęć pola ma-gnetycznego i transportuje się wiązkę (zawsze w rurach próżniowych) aż do tarczy, zktórą się zderza.Wyjaśniałem już, w jaki sposób analiza zderzeń dostarcza informacji oświecie subatomowym.Przyspieszana cząstka wnosi w zderzenie pewną ilość energii,lecz tylko jej ułamek daje się wykorzystać do badań zjawisk zachodzących na bardzomałych odległościach albo do wytwarzania nowych cząstek, w zgodzie z E = mc2.Prawo zachowania pędu mówi, że część energii biorącej udział w zderzeniu zosta-nie przekazana jego końcowym produktom.Jeśli na przykład jadący autobus uderzy wstojącą ciężarówkę, to znaczna część energii, jaką dysponował, zostanie zużyta na po-pchnięcie do przodu różnych kawałków blachy, szkła i gumy.Przez to zmniejsza sięilość energii biorącej udział w gruntowniejszym zniszczeniu ciężarówki.Jeśli proton o energii 1000 GeV uderza w proton znajdujący się w stanie spoczyn-ku, to zgodnie z nieugiętymi prawami przyrody jakiekolwiek cząstki powstałe w wynikutej kolizji muszą w sumie mieć pęd równy pędowi poruszającego się protonu.Okazujesię, że na wytworzenie nowych cząstek pozostaje co najwyżej 42 GeV.W połowie lat sześćdziesiątych zdaliśmy sobie sprawę, że gdyby można było do-prowadzić do czołowego zderzenia dwóch cząstek obdarzonych pełną energią, jaką na- 195daje wiązce akcelerator, to w rezultacie dochodziłoby do nieporównanie bardziej gwał-townych kolizji.Brałaby w nich udział podwójna dawka energii, na dodatek dająca się wcałości wykorzystać, ponieważ całkowity pęd zderzających się cząstek wynosi zero (ichpędy są równe co do wartości, lecz przeciwnie skierowane).A zatem w akcelaratorze omocy 1000 GeV w czołowym zderzeniu dwóch cząstek uzyskamy 2000 GeV energii nastwarzanie nowych cząstek w porównaniu z 42 GeV w wariancie ze stacjonarną tar-czą.Jednak nie jest to takie proste.Aatwo można strzelić z karabinu maszynowego wścianę, znacznie trudniej jest tak wycelować, by pociski z dwóch karabinów spotkały sięw powietrzu.To daje pewne pojęcie o trudnościach związanych ze sterowaniem akce-leratorem, w którym wytwarza się przeciwbieżne wiązki.Wytwarzając antymaterięKolejnym akceleratorem wybudowanym w Stanford w 1973 roku było bardzo produk-tywne urządzenie, zwane SPEAR (Stanford Positon Electron Accelerator Ring, czyliPierścieniowy Akcelerator Pozytonowo-Elektronowy w Stanford).W tej maszynie wiąz-ki elektronów przyspiesza się najpierw w trzykilometrowym akceleratorze liniowym doenergii 1-2 GeV, a następnie wstrzykuje do niewielkiego pierścienia akumulacyjnego.Wwyniku całej serii reakcji powstają pozytony - cząstki Carla Andersona.Najpierw wiązkaelektronów oddziałuje z tarczą, by wytworzyć między innymi silną wiązkę fotonów.Róż-ne odłamki w postaci naładowanych cząstek zostają usunięte za pomocą magnesów,które nie oddziałują z neutralnymi fotonami.Czysta wiązka fotonów uderza w cienkątarczę, na przykład platynową
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
