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DESY的加速器
2010-06-23 |文章來源: | 瀏覽次數(shù):  |

 

1960年,德國電子同步加速器研究所開始建造第一臺加速器–電子同步加速器(Deutsches Elektronen-Synchrotron,DESY),當時是世界上同類加速器中規(guī)模最大的。

1964年1月1日,首次在新同步加速器中加速電子,粒子物理實驗開始。

1965-1976在DESY加速器上開展粒子物理實驗。

1966年,在DESY上的高精密測量能夠解決有利于理論的量子電動力學有效性的爭論。由于在驗證物理中其中一個中心理論方面所做出的貢獻,DESY首次引起國際上的關注。  

Doris-Schema.jpg (18042 字節(jié))1967年,在DESY加速器上利用同步輻射進行了首次測量。首次吸收測量是在一個能譜區(qū)進行的,從而開辟了一個新的領域。

1969-1974年,在漢堡建造了另外一臺加速器,即正負電子雙儲存環(huán)DORIS。(左圖為DORIS簡圖)

1974年,利用DORIS進行首批物理實驗。在這些實驗中,DESY首次采用高能時使粒子發(fā)生對撞的技術。因能將物質與反物質粒子加速到高的能量并發(fā)生對撞,所以開辟了完全新型實驗的可能。

1975年,首次在DORIS上探測到“粲物理激發(fā)態(tài)”—重夸克物理誕生。而到現(xiàn)在為止,之前人們都用假設的術語談論夸克,現(xiàn)在已經非常明顯,它們的確以質子和中子的基本組成部分以及所有物質的基本組成部分存在著。同年,首次開展X射線光刻實驗。光刻是制造電子學線路的新工藝,是使電子學部件小型化的關鍵所在。在DESY的研究帶來該工藝的特殊應用,誕生了深X射線光刻,現(xiàn)用來生產三度空間微結構。

PETRA-III.gif (268999 字節(jié))1975-1978年,建2.3公里長的正負電子儲存環(huán)PETRA,當時在世界上屬同類最大儲存環(huán)。

1978年,在PETRA上做了4個實驗。從此,DESY設施被越來越多的國外科學家所使用。來自中國、英國、法國、以色列、日本、荷蘭、挪威和美國19個研究所的科學家們與無數(shù)德國的同行們共同開展研究。

1979年,首次在PETRA發(fā)現(xiàn)“膠子”。膠子是強力的載體粒子,它將所有物質的基本組成部分–夸克組合在一起,被認為是自然界中4個基本力之一。(右圖為PETRA III)

HASYLAB_a measur. station.jpg (88302 字節(jié))1980年,漢堡同步輻射實驗室HASYLAB啟用,有15個測量站(現(xiàn)有45個)。DORIS儲存環(huán)三分之一的運行時間用于實驗。在此時間內,粒子加速器作為強X射線光源。

1983年,在PETRA上工作的粒子物理學家測量μ子對產生中的大的不平衡(物理術語“非對稱”),確認了電磁力和弱力統(tǒng)一的理論預言。(左圖為HASYLAB測量站) 

1984年,DORIS加速器上安裝第一塊扭擺磁鐵。該磁鐵的特殊結構將電子引入彎曲軌道,該軌道使電子發(fā)射出特別強的X射線輻射,輻射的強度比正常儲存環(huán)磁鐵產生的輻射高100倍。這一新的X射線輻射開辟了新的應用領域。

1984年,利用同步輻射產生的第一個穆斯堡爾譜被HASYLAB記錄下來。尋找精細的譜線就像在干草堆中尋找針一樣?,F(xiàn)在全世界都成功地采用利用同步輻射產生穆斯堡爾譜。

doris STORAGE RING AND BEAMLINE W1.jpg (22453 字節(jié))1984-1990年,建造6.3公里長的地下強子電子環(huán)加速器(HERA),它是電子與質子發(fā)生對撞的世界上第一個和唯一的儲存環(huán)。除德國外,11個國家參加了HERA的建造。技術上的特別挑戰(zhàn)是,HERA是第一個大規(guī)模采用超導磁鐵的加速器。

1987年,在DORIS環(huán)上的ARGUS探測器首次觀測到B介子轉變?yōu)榉碆介子,這就等于發(fā)現(xiàn)了第二個最重夸克底夸克的一個新的基本特性:在某些條件下,它可變?yōu)槠渌愋偷目淇?。從此也可得出這樣的結論:還為發(fā)現(xiàn)的第六個夸克頂夸克的質量一定非常大。這是尋找該夸克的一個有價值的線索。該夸克于1994年在費米國家加速器實驗室找到。

1990年11月8日,HERA地下儲存環(huán)首次開機運行。它是世界上唯一一臺電子和質子發(fā)生對撞的加速器。1992年在HERA開展的前兩個實驗,開辟了質子物理的新時代??梢詫λ性雍说倪@些基本組成部分進行精確的研究,其精確度比以前高30倍,大小相當于一個質子的千分之一。(左圖為DORIS儲存環(huán))  

Hera_Proton ring.jpg (119178 字節(jié))1992年,開始與國外研究所合作,從事TESLA項目的開發(fā)。

1993年,HERA實驗的初步結果表明,質子的內部遠比科學家們以前能夠“看到的”復雜質子不僅由3個被膠子組合在一起的夸克組成,而且還有大量不斷形成和湮滅的夸克以及膠子。

1993年,儲存環(huán)DORISIII專用于HASYLAB的同步輻射源。

1997年初,HERA的科學家取得了另人吃驚的可能涉及整個新物質態(tài)的結果。但這些結果可能僅是“統(tǒng)計的異常情況”–純屬巧合。從此,研究人員就此問題努力拼搏。2000/2001年HERA擴充,使更精確地研究這一效應成為可能。(右圖為HERA質子環(huán))

TESLA-Testfacility.jpg (76966 字節(jié))1998年,由金屬鈮制作的諧振器創(chuàng)造了30.6兆伏/米的加速記錄,比過去提高了5倍。TESLA測試設備擴展為300米長的帶有自由電子激光的超導直線加速器。  

1999年,利用HERA進行的HERMES實驗獲得膠子自旋的第一個直接證據(jù)。利用同步輻射對核糖體的復雜結構進行了分析,精確度到達前所未有的程度。今天仍屬純粹的研究將來某天就可成為開發(fā)更有效藥物的基礎。因為生物學家可以更準確地解釋這些大分子結構,所以藥物學家們就可設計出更有效的藥物。

2000年2月22 日,TESLA測試設備的自由電子激光產生第一個束流,證明新激光原理在短波時也運行。這是TESLA項目一個關鍵的里程碑。(左圖為TESLA測試設備)

2001年2月,一種在病人身上特別容易獲得心臟動脈X射線影像的新方法取得成功,至此,在DESY從事的NIKOS心臟造影項目圓滿完成。

2001年,國際合作組的科學家們成功地在TESLA測試設備自由電子激光上獲得最大光放大。該自由電子激光產生的放大1000萬倍對應于理論上對這樣一個裝置期待的峰值,創(chuàng)造了新的世界紀錄。

2002年,加速場首次在9單元的TESLA實驗腔中達到35 MV/m?,F(xiàn)在,工業(yè)部門已在常規(guī)的基礎上加工出500 GeV TESLA直線對撞機需要的加速梯度為25 MV/m的腔。35 MV/m的梯度可使加速器運行時能量高達800 GeV。

2002年,國際合作組的科學家們發(fā)表了首批實驗中的一個實驗結果。研究人員首次利用小的惰性氣體原子簇研究了短時間內物質與來自自由電子激光的強X射線輻射的相互作用。

 

(高能所科研處制作 侯儒成編譯)


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