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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(tái)加速器–電子同步加速器(Deutsches Elektronen-Synchrotron,DESY),當(dāng)時(shí)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(shí)驗(yàn)開始。

1965-1976在DESY加速器上開展粒子物理實(shí)驗(yàn)。

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(dòng)力學(xué)有效性的爭論。由于在驗(yàn)證物理中其中一個(gè)中心理論方面所做出的貢獻(xiàn),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(jìn)行了首次測量。首次吸收測量是在一個(gè)能譜區(qū)進(jìn)行的,從而開辟了一個(gè)新的領(lǐng)域。

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

1974年,利用DORIS進(jìn)行首批物理實(shí)驗(yàn)。在這些實(shí)驗(yàn)中,DESY首次采用高能時(shí)使粒子發(fā)生對(duì)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(duì)撞,所以開辟了完全新型實(shí)驗(yàn)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?,現(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(shí)驗(yàn)。光刻是制造電子學(xué)線路的新工藝,是使電子學(xué)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(fù)電子儲(chǔ)存環(huán)PETRA,當(dāng)時(shí)在世界上屬同類最大儲(chǔ)存環(huán)。

1978年,在PETRA上做了4個(gè)實(shí)驗(yàn)。從此,DESY設(shè)施被越來越多的國外科學(xué)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(gè)研究所的科學(xué)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(qiáng)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(rèn)為是自然界中4個(gè)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(shí)驗(yàn)室HASYLAB啟用,有15個(gè)測量站(現(xiàn)有45個(gè))。DORIS儲(chǔ)存環(huán)三分之一的運(yùn)行時(shí)間用于實(shí)驗(yàn)。在此時(shí)間內(nèi),粒子加速器作為強(qiáng)X射線光源。

1983年,在PETRA上工作的粒子物理學(xué)家測量μ子對(duì)產(chǎn)生中的大的不平衡(物理術(shù)語“非對(duì)稱”),確認(rèn)了電磁力和弱力統(tǒng)一的理論預(yù)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(qiáng)的X射線輻射,輻射的強(qiáng)度比正常儲(chǔ)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(gè)穆斯堡爾譜被HASYLAB記錄下來。尋找精細(xì)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(qiáng)子電子環(huán)加速器(HERA),它是電子與質(zhì)子發(fā)生對(duì)撞的世界上第一個(gè)和唯一的儲(chǔ)存環(huán)。除德國外,11個(gè)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(gè)大規(guī)模采用超導(dǎo)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(gè)最重夸克底夸克的一個(gè)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(gè)夸克頂夸克的質(zhì)量一定非常大。這是尋找該夸克的一個(gè)有價(jià)值的線索。該夸克于1994年在費(fèi)米國家加速器實(shí)驗(yàn)室找到。

1990年11月8日,HERA地下儲(chǔ)存環(huán)首次開機(jī)運(yùn)行。它是世界上唯一一臺(tái)電子和質(zhì)子發(fā)生對(duì)撞的加速器。1992年在HERA開展的前兩個(gè)實(shí)驗(yàn),開辟了質(zhì)子物理的新時(shí)代??梢詫?duì)所有原子核的這些基本組成部分進(jìn)行精確的研究,其精確度比以前高30倍,大小相當(dāng)于一個(gè)質(zhì)子的千分之一。(左圖為DORIS儲(chǔ)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(xiàng)目的開發(fā)。

1993年,HERA實(shí)驗(yàn)的初步結(jié)果表明,質(zhì)子的內(nèi)部遠(yuǎn)比科學(xué)家們以前能夠“看到的”復(fù)雜質(zhì)子不僅由3個(gè)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(chǔ)存環(huán)DORISIII專用于HASYLAB的同步輻射源。

1997年初,HERA的科學(xué)家取得了另人吃驚的可能涉及整個(gè)新物質(zhì)態(tài)的結(jié)果。但這些結(jié)果可能僅是“統(tǒng)計(jì)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(kuò)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(kuò)展為300米長的帶有自由電子激光的超導(dǎo)直線加速器。  

1999年,利用HERA進(jìn)行的HERMES實(shí)驗(yàn)獲得膠子自旋的第一個(gè)直接證據(jù)。利用同步輻射對(duì)核糖體的復(fù)雜結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析,精確度到達(dá)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?yàn)樯飳W(xué)家可以更準(zhǔn)確地解釋這些大分子結(jié)構(gòu),所以藥物學(xué)家們就可設(shè)計(jì)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(gè)束流,證明新激光原理在短波時(shí)也運(yùn)行。這是TESLA項(xiàng)目一個(gè)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(dòng)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(xiàng)目圓滿完成。

2001年,國際合作組的科學(xué)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(duì)應(yīng)于理論上對(duì)這樣一個(gè)裝置期待的峰值,創(chuàng)造了新的世界紀(jì)錄。

2002年,加速場首次在9單元的TESLA實(shí)驗(yàn)腔中達(dá)到35 MV/m?,F(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(duì)撞機(jī)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(yùn)行時(shí)能量高達(dá)800 GeV。

2002年,國際合作組的科學(xué)家們發(fā)表了首批實(shí)驗(yàn)中的一個(gè)實(shí)驗(yàn)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(shí)間內(nèi)物質(zhì)與來自自由電子激光的強(qiáng)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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