Встречные пучки
– два пучка летящих навстречу друг другу и сталкивающихся ускоренных
заряженных частиц. Это основной экспериментальный метод изучения структуры
материи и фундаментальных взаимодействий на сверхмалых расстояниях.
В ускорителях с неподвижной мишенью частицы после ускорения выводят
из ускорительной камеры и направляют на мишень. В этом случае не вся кинетическая
энергия ускоренной частицы может быть использована в изучаемом процессе,
например, во внутреннем возбуждении атомного ядра или в рождении новой частицы,
так как значительная, а часто и подавляющая, часть этой энергии идёт на
“обеспечение” выполнения закона сохранения импульса: большой импульс частицы
до столкновения должен сохраниться в виде большого импульса (а значит, и
кинетической энергии) продуктов реакции.
В то же время в ускорителе на встречных пучках (такой ускоритель
называют коллайдером) суммарный импульс частиц до и после “лобового” столкновения
нулевой и значительная (иногда, вся) кинетическая энергия сталкивающихся
частиц может быть использована для изучения процесса (например, генерации
новой частицы).
 Два типа коллайдеров с накопительными кольцами. |
Если встречные пучки состоят из частиц, имеющих равные
массы и противоположные по знаку заряды (например, электрон-позитрон или
протон-антипротон), то для обоих пучков используется одно кольцо магнитов
(рисунок б). В некоторых точках этого кольца имеются участки взаимодействия
ускоренных встречных пучков. Если же встречные частицы имеют одинаковые
заряды или разные массы (например, протон-протон или электрон-антипротон),
то необходимы два кольца магнитов и в некоторых местах создаются области
столкновения (пересечения) пучков (рисунок а).
Во встречных пучках, двигающихся навстречу друг другу, накапливается
максимально возможное число частиц. Однако накапливаемые плотности частиц
малы и при каждом обороте столкновения испытывают немногие частицы. Взаимодействие
пучков почти не нарушает динамику их движения в ускорительном кольце, и
пучки могут циркулировать в ускорителе несколько часов без пополнения.
Технические характеристики современных ускорителей на встречных
пучках даны в статье “Коллайдер”.