Коллайдер

У этого термина существуют и другие значения, см. Коллайдер (значения).

Колла́йдер (англ. collider от collide — «сталкиваться») — ускоритель частиц на встречных пучках, предназначенный для изучения продуктов их соударений. Благодаря коллайдерам учёным удаётся придать элементарным частицам вещества высокую кинетическую энергию, направить их навстречу друг другу, чтобы произвести их столкновение.

Сборка детектора элементарных частиц Belle II на электрон-позитронном коллайдере SuperKEKB, Япония.

Событие столкновения ионов золота, зарегистрированное детектором STAR в коллайдере RHIC, США.

По виду коллайдеры подразделяются на кольцевые; например, Большой адронный коллайдер в европейском ЦЕРНе и линейные, как проектируемый ILC.

История

В принципиальном виде идея использовать сталкивающиеся пучки возникла в середине XX века. Рольф Видероэ получил в 1943 году немецкий патент на идею встречных пучков, опубликованный лишь в 1953 году^[1]. В 1956 году Дональд Керст предложил использовать сталкивающиеся пучки протонов для изучения физики элементарных частиц^[2], а Джерард О’Нил предложил использовать накопительные кольца для получения интенсивных пучков^[3]. Активные работы по созданию коллайдеров начались одновременно в конце 1950-х годов в лабораториях Фраскати (Италия), SLAC (США) и ИЯФ (СССР).

Первым заработал электрон-позитронный коллайдер AdA, построенный под руководством Бруно Тушека во Фраскати. Однако первые результаты были опубликованы на год позже (1966), чем наблюдения упругого рассеяния электронов (1965) на советском ВЭП-1 (Встречные электронные пучки) — машине, созданной под руководством Г. И. Будкера^[4]. Ещё чуть позже были получены пучки в американском ускорителе. Эти три первых коллайдера были тестовыми, продемонстрировавшими возможность изучения на них физики элементарных частиц.

Первым адронным коллайдером стал протонный синхротрон ISR, запущенный в 1971 году CERNе с энергией 32 ГэВ в пучке. Единственный в истории линейный коллайдер — SLC^[англ.], работавший в 1988—1998 годах.

Действующие коллайдеры

Данные взяты с сайта Particle Data Group^[5] и из справочника «Handbook of accelerator physics and engineering»^[6].

Ускоритель	Центр, город, страна	Год запуска	Ускоряемые частицы	Максимальная энергия пучка, ГэВ	Светимость, 1030 см−2сек−1	Периметр (длина), км
ВЭПП-2000	ИЯФ, Новосибирск, Россия	с 2009	e+e−	1,0	100	0,024
ВЭПП-4М	ИЯФ, Новосибирск, Россия	с 1994	e+e−	6	20	0,366
ВЕРС II	IHEP, Пекин, Китай	с 2007	e+e−	1,89	700	0,23753
DAFNE	Frascati, Италия	с 1999	e+e−	0,51	400	0,098
SuperKEKB	KEK, Япония	с 2018	e+e−	e−: 7; e+: 4	800 000	3,016
RHIC	BNL, США	с 2000	pp, Au-Au, Cu-Cu, d-Au	100/n	10, 0,0015, 0,02, 0,07	3,834
LHC	CERN	с 2008	pp, Pb-Pb, p-Pb	6500, 1380/n (планируется 2760/n)	20000 (pp), 0,001 (PbPb)	26,659

Строящиеся и проектируемые коллайдеры

Ускоритель	Центр, город, страна	Год запуска	Ускоряемые частицы	Максимальная энергия пучка, ГэВ	Светимость, 1030 см−2сек−1	Периметр (длина), км
NICA	ОИЯИ, Дубна, Россия	2025?	Au-Au(79+)	4,5/нуклон	0,001	0,503
Super c-tau	ИЯФ, Новосибирск, Россия	?	e+e−	3	100 000	0,780
Мюмютрон	ИЯФ, Новосибирск, Россия	?	e+e−	0,408	80	0,023
eRHIC	BNL, США	?	e-p, e-Au	10-30 (e-), 250 (p), 130/n (Au)	1000 (e-p)	3,834
FCC	CERN	2040?	pp, e+e−	100 000 (pp), 175 (e+e−)	1 000 000	100
ILC	Япония	?	e+e−	500?		30-50?

Исторические коллайдеры

Ускоритель	Центр, город, страна	Годы работы	Ускоряемые частицы	Максимальная энергия пучка, ГэВ	Светимость, 1030 см−2сек−1	Периметр (длина), км
AdA	Фраскати, pИталия; Орсэ, Франция	1961—1964	e+e−	0,25	0,00001	0,003
ВЭП-1	ИЯФ, Новосибирск, СССР	1963—1968	e−e−	0,16	0,005	0,0027
CBX	SLAC, Стэнфорд, Калифорния, США	1963—1967	e−e−	0,55	0.03	0,012
ВЭПП-2	ИЯФ, Новосибирск, СССР	1965—1972	e+e−	0,7	0,38	0,0115
ACO	Орсэ, Франция	1965—1975	e+e−	0,55	0,11	0,022
ADONE	Фраскати, Италия	1969—1993	e+e−	1,5	0,3	0,105
CEA	Кембридж, США	1971—1973	e+e−	3,5	10	0.2268
ISR	CERN	1971—1984	pp, pp	31,5	140, 0.025	0,948
SPEAR	SLAC, Стэнфорд, США	1972—1990	e+e−	3	12,5 на 2,6 ГэВ
ВЭПП-2М	ИЯФ, Новосибирск, СССР/Россия	1974—2000	e+e−	0,7	3	0,01788
DORIS	DESY, Германия	1974—1993	e+e−	5.6	10	0.288
DCI	Орсэ, Франция	1976—?	e±e±	3,6
PETRA	DESY, Германия	1978—1986	e+e−	20
CESR	Cornell	1979—2002	e+e−	6	1280 на 5,3 ГэВ	0,768
PEP	SLAC, Стэнфорд, США	1980—1990	e+e−	30
SppS	CERN	1981—1984	pp	315		6,9
TRISTAN	KEK, Япония	1986—1995	e+e−	32	45	3,018
Tevatron	Fermilab, США	1987—2011	pp	980	171	6,28
SLC	SLAC, Стэнфорд, США	1988—1998	e+e−	45
LEP	CERN	1989—2000	e+e−	104,6	24 на Z0; 100 при >90 ГэВ	26,659
ВЕРС	IHEP, Пекин, Китай	1989—2005	e+e−	2,2	5 на 1,55 ГэВ; 12,6 на 1,843 ГэВ	0,2404
HERA	DESY, Германия	1992—2007	e±p	e±: 30; p: 920	75	6,336
PEP-II	SLAC, Стэнфорд, США	1999—2008	e+e−	e−: 12; e+: 4	10025	2,2
KEKB	KEK, Япония	1999—2010	e+e−	e−: 8; e+: 3,5	16270	3,016
CESR-c	Cornell	2002—2008	e+e−	6	60 на 1,9 ГэВ	0,768

Неосуществлённые проекты

• УНК (Ускорительно-Накопительный комплекс) — незавершённый проект по созданию протон-протонного коллайдера в Институте физики высоких энергий, Протвино.
• ВЛЭПП.
• Novosibirsk Phi-factory.
• SSC, США.
• SuperB^[англ.], Италия.