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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(guān)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(lǐng)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(shù)。因能將物質(zhì)與反物質(zhì)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(shè)的術(shù)語談?wù)摽淇耍F(xiàn)在已經(jīng)非常明顯,它們的確以質(zhì)子和中子的基本組成部分以及所有物質(zhì)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(guān)鍵所在。在DESY的研究帶來該工藝的特殊應(yīng)用,誕生了深X射線光刻,現(xiàn)用來生產(chǎn)三度空間微結(jié)構(gòu)。

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(shè)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(zhì)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(nèi),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(chǎn)生中的大的不平衡(物理術(shù)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(jié)構(gòu)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(chǎn)生的輻射高100倍。這一新的X射線輻射開辟了新的應(yīng)用領(lǐng)域。

1984年,利用同步輻射產(chǎn)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。現(xiàn)在全世界都成功地采用利用同步輻射產(chǎn)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(zhì)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(shù)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(zhuǎn)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(jié)論:還為發(fā)現(xiàn)的第六個夸克頂夸克的質(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhì)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(jié)果表明,質(zhì)子的內(nèi)部遠比科學家們以前能夠“看到的”復雜質(zhì)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(zhì)態(tài)的結(jié)果。但這些結(jié)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(yīng)成為可能。(右圖為HERA質(zhì)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(shè)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(jié)構(gòu)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(chǔ)。因為生物學家可以更準確地解釋這些大分子結(jié)構(gòu),所以藥物學家們就可設(shè)計出更有效的藥物。

2000年2月22 日,TESLA測試設(shè)備的自由電子激光產(chǎn)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(guān)鍵的里程碑。(左圖為TESLA測試設(shè)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(shè)備自由電子激光上獲得最大光放大。該自由電子激光產(chǎn)生的放大1000萬倍對應(yīng)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。現(xiàn)在,工業(yè)部門已在常規(guī)的基礎(chǔ)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(jié)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(nèi)物質(zhì)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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