Fizika-texnika

1.2. TEZLATGICHLAR FIZIKASIDAGI BIRLIKLAR VA O’LCHASHLAR
Moddaning tuzilishi haqidagi zamonaviy g'oyalar zamirida so'nggi o'n yilliklarda dunyoning turli laboratoriyalarida to'plangan eksperimental ma'lumotlarni chuqur nazariy tahlil qilish yotadi. Tajribalar eng murakkab eksperimental texnikadan foydalangan holda amalga oshirildi.
Moddaning tuzilishini o'rganishning asosiy vositasi zarracha tezlatgichi bo'lib, u shunday yuqori energiyali zarrachalarni yaratadiki, ular o'rganilayotgan mikro-ob'ektning chuqur hududlariga kirib borishga qodir.
Zarracha tezlatgichi mikroskopga o'xshaydi. Klassik optikadan ma'lumki, d o'lchamdagi ob'ektning tuzilishini o'rganish uchun uni to'lqin uzunligi l bu kattalikdan sezilarli darajada kichik bo'lgan yorug'lik bilan nurlantirish kerak, ya'ni. l << d. To'lqin paketi sifatida zarracha tushunchasi bilan ishlaydigan kvant (to'lqin) fizikasi zarrachaning De Broyl tomonidan olgan to'lqin uzunligi l va impuls p o'rtasidagi munosabatga asoslanadi: λ = ћ/r, bu erda Plank doimiysi, j×s. Bundan kelib chiqadiki, zarrachaning to'lqin uzunligi qanchalik kichik bo'lsa, uning impulsi shunchalik katta bo'ladi. Shuning uchun eksperimentchilarning zarrachalarni har doim yuqori energiyaga tezlashtirishga qodir bo'lgan tezlatgichlarni qurish istagi tushunarli.
Hozirgi vaqtda dunyoda zaryadlangan zarrachalarni (elektronlar, protonlar va antiprotonlar) juda yuqori energiyagacha tezlashtiradigan bir nechta shunday mashinalar mavjud.. Ko'pgina ishlaydigan tezlatgichlar olingan nur rejimida ham (tezlashtirilgan zarralar statsionar nishonga yo'naltirilganda) va kollayder rejimida (yuqori energiyaga tezlashtirilgan ikkita zarracha to'qnashganda) ishlaydi.bir-biringiz bilan birga bo'ling).
Ikki proton to'qnashganda, va energiyalariga tezlashtirilgan kollayder rejimi energiya jihatidan qulayroqdir. Bunday holda, massa markazi tizimidagi umumiy to'qnashuv energiyasi protonlardan birining ikkinchisi statsionar bo'lganida E energiyasiga bog'liq (ya'ni laboratoriya tizimida), munosabat bilan: , bu yerda proton massasi
Birinchi marta Novosibirskda (VEP-2M) elektronlar va pozitronlar to'qnashgan kollayder qurilgan. Nurlarning har birining energiyasi 0,7 GeV edi. 1994 yildan beri Novosibirsk kollayderidagi elektronlar va pozitronlarning energiyasi 6 GeV (VEP-4M) ni tashkil qiladi..
Tezlatgich majmuasi Yevropa yadroviy tadqiqotlar markazida (CERN, Shveytsariya) ishlaydi. Birinchidan, protonlarni ~ 30 GeV energiyagacha tezlashtiradigan proton sinxrotroni PS qurildi. Keyin PS tezlatgichi SpS tezlatgichi uchun injektor sifatida ishlatila boshlandi. Ushbu tezlatkich bir muncha vaqt kollayder rejimida ishlagan. Keyin u SppS-kollayder deb ataldi. Ushbu tezlatgichda to'qnashuvchi nuklonlarning har birining energiyasi (proton p va antiproton p) 315 GeV ni tashkil etdi. Keyinchalik, SpS tezlatgichi elektronlar va pozitronlarni tezlashtira boshladi va LEP tezlatgichi - katta elektron-pozitron kollayderi uchun injektor sifatida ishlatilgan. Tezlatgichlar kaskadida (PS, SpS, LEP) elektronlar va pozitronlar ~ 100 GeV energiyagacha tezlashdi. Shaklda. 3-rasmda ushbu kompleksning diagrammasi ko'rsatilgan.
AQShda Stenford Milliy Laboratoriyasida (SLAC) har biri 50 GeV gacha energiyaga ega bo'lgan elektronlar va pozitronlar SLC kollayderida to'qnashadi. Kollayderdan tashqari, yaqin vaqtgacha bu erda tezlashtiruvchi elementlarning uzunligi 3 km bo'lgan chiziqli elektron tezlatgich ishlagan.. Elektronlarning yadrolar tomonidan tarqalishi bo'yicha tajribalarda atom yadrolarining tuzilishini o'rganish bo'yicha birinchi tajribalar Stenforddagi chiziqli tezlatgichda o'tkazildi. Ushbu tajribalar seriyasi 1950-yillarda yakunlandi. Keyin, 1960-yillarda, proton tuzilishining birinchi o'lchovlari protonlardan tashkil topgan harakatsiz nishonga ~ 20 GeV energiyaga ega elektronlarning tarqalishi paytida amalga oshirildi.. Ushbu tajribalarda proton ichida ko'plab nuqta hosilalari - partonlar mavjudligi aniqlandi. SLAC ning keyingi rivojlanishi B-fizikani o'rganishga qaratilgan.
Germaniyada Gamburg yaqinidagi yirik laboratoriyada elektron tezlatkichlar majmuasi qurilgan bo‘lib, ular ham olingan nur rejimida, ham kollayder rejimida ishlay oladi. 1991 yildan buyon ushbu laboratoriyada dunyodagi birinchi elektron-proton kollayderi Adron elektron halqa tezlatgichi - HERA ishlamoqda. Bu tezlatkich 30 GeV energiyali elektronlarning 820 GeV energiyali protonlar tomonidan sochilishini oʻrganish uchun noyob imkoniyat yaratdi. Kelgusi o'n yillikda ushbu tezlatgich mikrozarrachalar tuzilishi va o'zaro ta'sir jarayonlarining boshqa xususiyatlari bo'yicha eng qiziqarli ma'lumotlarni taqdim etadi.
Shubhasiz, mikroob'ektlarning tuzilishini o'rganish uchun yuqori energiyali nurlantiruvchi zarralardan tashqari, bu snaryad zarralari iloji boricha sodda - tuzilmasiz shakllanishlar bo'lishi maqsadga muvofiqdir. Bizning bilimimizning hozirgi darajasida bunday zarralar leptonlar: elektron, muon, t-lepton va ularga mos keladigan neytrinolardir. Leptonlar orasida elektron tajribalar uchun eng qulay hisoblanadi. Barcha zamonaviy eksperimental ma'lumotlarga ko'ra, u hech qanday tuzilishga ega emas, kamida ~ 10^-16 sm masofaga qadar.

5-rasm. Yuqori energiya tezlatgichlarining vaqt evolyutsiyasi. Belgilar turli vaqtlarda ishlaydigan yuqori energiyali tezlatgichlarni belgilaydi. SSC akseleratori (AQSh) mablag‘ yetishmasligi sababli qurilmagan. NLC tezlatgichini yaratish (to'qnashuvlar e+e-) faqat rejalashtirilgan.
Mikroob'ektlarning tuzilishini o'rganish tajribasi juda oddiy ko'rinadi. Sinovchi snaryad zarrasi (masalan, elektron) maqsadli zarrachaga (masalan, atom yadrosiga) uriladi va nishon zarracha bilan o'zaro ta'sirlashgandan so'ng uning kinematik parametrlari qayd etiladi: energiya, impuls, ketish burchagi va boshqalar.elektronning qattiq burchak elementiga chiqib ketish ehtimoli dŌ = 2psinth dŸ. Ushbu ehtimollik ds/dŌ jarayonning samarali kesimi deyiladi. Ushbu eksperimental o'lchangan kattaliklardan maqsadli zarracha bilan o'zaro ta'sir qilishda snaryad zarrasi tomonidan qanday impuls q o'tkazilganligini aniqlash mumkin.. Elastik sochilish uchun bu miqdorni to'qnashuv massa markazi tizimidagi th* tarqalish burchagidan osongina aniqlash mumkin q = 2r sin th*/2, bu erda r - snaryad zarrasining impulsi.
Jarayonning ehtimolini aniqlaydigan kesma o'zaro ta'sir jarayonining asosiy xarakteristikasi hisoblanadi.
Yadro fizikasida barcha jarayonlar kesmalar yordamida tasvirlangan. Ushbu xarakteristikani o'lchash usullarini ko'rib chiqing (6-rasm).

6-rasm. Ko'ndalang kesimlarni o'lchash sxemasi.
Maqsadda N [yadro/sm3] modda mavjud. Maqsad qalinligi dx tarkibida N dx [yadro/sm2]. Keyin nishonga tushib, uni kesib o'tgan J₀ zarralari to'qnashuvlar tufayli nurni tark etadi va nurning intensivligi dJ ga o'zgaradi.
(1.2.1)
bu yerda s·N·dx - yadrolar egallagan maqsadli maydonning ulushi. Intensivlikning o'zgarishi J₀ N dx ga proportsionallik koeffitsienti s bilan proportsionaldir - bu miqdor nur zarralari uchun nishonning yadro kesimi deb ataladi. X qalinlikdagi nishondan o'zaro ta'sir qilmasdan o'tadigan zarrachalarning intensivligi, J(x) = J₀e^-Nsx . Maqsadda o'zaro ta'sir qilgan zarrachalarning intensivligi,
Jv = J₀ (l-e^-Nsx).
N s = m qiymati yutilish koeffitsienti, l = l/m esa o'rtacha erkin yo'l deb ataladi.
J(x)/J₀ = e^-Nsx = e^-x/l (1.2.3)
Yadro nishonlari uchun kesma turli jarayonlarni tavsiflashi mumkin:
a + A → a + A el (elastik sochilish);
a + A → a + A' + ai' qel (kvazielastik sochilish);
a + A → a + A" + bi inel (noelastik o'zaro ta'sir).
Shaklda. 20 bu jarayonlar uchun Feynman diagrammalarini ko'rsatadi. Umumiy kesma
(1.2.4)
Berilgan qattiq burchak elementida zarrachalarning sochilish kesimini aniqlash mumkin
dΩ(θ, )
(1.2.5)
dΩ = sinθdθdφ (1.2.6)

7-rasm. Ko'rib chiqilayotgan jarayonlar uchun Feynman diagrammalari: a - elastik sochilish; b - yarim elastik sochilish; c - noelastik sochilish.