Ионизационное охлаждение
Ионизационное охлаждение — метод охлаждения пучков тяжёлых заряженных частиц в ускорителях, то есть сокращение поперечных импульсов частиц (эмиттанс пучка). Впервые предложен советскими физиками Г. Будкером и А. Скринским в 1970 году для проекта мюонного коллайдера[1][2].
Принцип[править | править код]
Идея метода заключается в создании силы трения для заряженной частицы высокой энергии при её прохождении через вещество за счёт его ионизации. Пучок пропускается сквозь мишень необходимой плотности, трение действует против импульса частицы, сокращая все его компоненты. Если компенсировать потери в последующей ускоряющей секции лишь в продольном направлении, происходит сокращение поперечных компонент импульсов. Аналогичным образом происходит охлаждение пучков за счёт радиационного затухания и методом электронного охлаждения, отличается лишь механизм создания силы трения. Метод ионизационного охлаждения можно использовать лишь для тяжёлых частиц, которые при взаимодействии с лёгким электроном в акте ионизации не отклоняются на большие углы и отдают лишь малую долю энергии. Тем не менее, даже тяжёлые частицы нельзя охладить методом ионизационного охлаждения в циклическом ускорителе из-за упругого кулоновского многократного рассеяния, создающего процесс, обратный охлаждению — диффузию[3].
Мюонные коллайдеры[править | править код]
Наиболее подходящими частицами для применения ионизационного охлаждения являются мюоны[4]. Идея мюонных коллайдеров очень привлекательна для экспериментов по физике элементарных частиц в области сверхвысоких энергий, поскольку мюон, в отличие от адронов, является бесструктурной частицей, при этом намного тяжелее электрона, и не теряет огромное количество энергии на синхротронное излучение. Однако, мюон имеет очень малое время жизни 2.2 мкс, что нивелируется только быстрым его ускорением и релятивистским замедлением времени. И получение мюонного пучка (распад пионов, полученных сбросом на мишень протонного пучка) достаточной интенсивности возможно лишь в большом фазовом объёме. Таким образом, необходимо очень быстро охладить и ускорить пучок мюонов. Причём единственным методом охладить пучок достаточно быстро является ионизационное охлаждение. Эксперименты на мюонных коллайдерах предложены в начале 1970-х А. Скринским и D. Neuffer[5][6], однако до сих пор не реализованы[7].
Экспериментальная проверка[править | править код]
Для проверки принципов ионизационного охлаждения в лаборатории Резерфорда-Эплтона, в Великобритании, проводится эксперимент MICE[англ.] (Muon Ionization Cooling Experiment). Первые результаты, доказавшие работоспособность метода, продемонстрировавшие сокращение эмиттанса пучка мюонов, опубликованы в 2020 году[8][9].
См. также[править | править код]
Примечания[править | править код]
- ↑ Research work on the colliding beams of the Novosibirsk Institute of Nuclear Physics (present state of experiments and perspectives) Архивная копия от 19 сентября 2023 на Wayback Machine, G.I. Budker Proc. ICHEP-1970, Kiev, USSR,
- ↑ Intersecting Storage Rings at Novosibirsk Архивная копия от 19 сентября 2023 на Wayback Machine, A.N. Skrinsky, Morges Seminar, 1971.
- ↑ Электронное охлаждение и новые возможности в физике элементарных частиц Архивная копия от 19 сентября 2023 на Wayback Machine, Г.И. Будкер, А.Н. Скринский, УФН 124 561–595 (1978).
- ↑ Why a muon collider?, Mary Anne Cummings.
- ↑ Introduction to the Muon Collider Study Group. Дата обращения: 19 сентября 2023. Архивировано 22 января 2021 года.
- ↑ High Luminosity Muon Collider Design Архивная копия от 23 июня 2019 на Wayback Machine, Robert Palmer, Juan Gallardo, Proc. LINAC-96, p.887.
- ↑ Particle Physicists Dream of a Muon Collider Архивная копия от 19 сентября 2023 на Wayback Machine, Scientific American, 28 Aug 2023.
- ↑ Bogomilov, M.; et al. (February 2020). "Demonstration of cooling by the Muon Ionization Cooling Experiment". Nature. 578 (7793): 53—59. Bibcode:2020Natur.578...53M. doi:10.1038/s41586-020-1958-9. PMC 7039811. PMID 32025014.
{{cite journal}}: Явное указание et al. в:|first1=(справка)Википедия:Обслуживание CS1 (лишняя пунктуация) (ссылка) - ↑ Ryne, Robert D. (February 2020). "Muon colliders come a step closer". Nature. 578 (7793): 44—45. Bibcode:2020Natur.578...44R. doi:10.1038/d41586-020-00212-3. PMID 32025006. S2CID 211038886.