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DESY的加速器
2010-06-23 |文章来源: | 浏览次数:  |

 

1960年,德国电子同步加速器研究所开始建造第一台加速器–电子同步加速器(Deutsches Elektronen-Synchrotron,DESY),当时是世界上同类加速器中规模最大的。

1964年1月1日,首次在新同步加速器中加速电子,粒子物理实验开始。

1965-1976在DESY加速器上开展粒子物理实验。

1966年,在DESY上的高精密测量能够解决有利于理论的量子电动力学有效性的争论。由于在验证物理中其中一个中心理论方面所做出的贡献,DESY首次引起国际上的关注。  

Doris-Schema.jpg (18042 字节)1967年,在DESY加速器上利用同步辐射进行了首次测量。首次吸收测量是在一个能谱区进行的,从而开辟了一个新的领域。

1969-1974年,在汉堡建造了另外一台加速器,即正负电子双储存环DORIS。(左图为DORIS简图)

1974年,利用DORIS进行首批物理实验。在这些实验中,DESY首次采用高能时使粒子发生对撞的技术。因能将物质与反物质粒子加速到高的能量并发生对撞,所以开辟了完全新型实验的可能。

1975年,首次在DORIS上探测到“粲物理激发态”—重夸克物理诞生。而到现在为止,之前人们都用假设的术语谈论夸克,现在已经非常明显,它们的确以质子和中子的基本组成部分以及所有物质的基本组成部分存在着。同年,首次开展X射线光刻实验。光刻是制造电子学线路的新工艺,是使电子学部件小型化的关键所在。在DESY的研究带来该工艺的特殊应用,诞生了深X射线光刻,现用来生产三度空间微结构。

PETRA-III.gif (268999 字节)1975-1978年,建2.3公里长的正负电子储存环PETRA,当时在世界上属同类最大储存环。

1978年,在PETRA上做了4个实验。从此,DESY设施被越来越多的国外科学家所使用。来自中国、英国、法国、以色列、日本、荷兰、挪威和美国19个研究所的科学家们与无数德国的同行们共同开展研究。

1979年,首次在PETRA发现“胶子”。胶子是强力的载体粒子,它将所有物质的基本组成部分–夸克组合在一起,被认为是自然界中4个基本力之一。(右图为PETRA III)

HASYLAB_a measur. station.jpg (88302 字节)1980年,汉堡同步辐射实验室HASYLAB启用,有15个测量站(现有45个)。DORIS储存环三分之一的运行时间用于实验。在此时间内,粒子加速器作为强X射线光源。

1983年,在PETRA上工作的粒子物理学家测量μ子对产生中的大的不平衡(物理术语“非对称”),确认了电磁力和弱力统一的理论预言。(左图为HASYLAB测量站) 

1984年,DORIS加速器上安装第一块扭摆磁铁。该磁铁的特殊结构将电子引入弯曲轨道,该轨道使电子发射出特别强的X射线辐射,辐射的强度比正常储存环磁铁产生的辐射高100倍。这一新的X射线辐射开辟了新的应用领域。

1984年,利用同步辐射产生的第一个穆斯堡尔谱被HASYLAB记录下来。寻找精细的谱线就像在干草堆中寻找针一样。现在全世界都成功地采用利用同步辐射产生穆斯堡尔谱。

doris STORAGE RING AND BEAMLINE W1.jpg (22453 字节)1984-1990年,建造6.3公里长的地下强子电子环加速器(HERA),它是电子与质子发生对撞的世界上第一个和唯一的储存环。除德国外,11个国家参加了HERA的建造。技术上的特别挑战是,HERA是第一个大规模采用超导磁铁的加速器。

1987年,在DORIS环上的ARGUS探测器首次观测到B介子转变为反B介子,这就等于发现了第二个最重夸克底夸克的一个新的基本特性:在某些条件下,它可变为其他类型的夸克。从此也可得出这样的结论:还为发现的第六个夸克顶夸克的质量一定非常大。这是寻找该夸克的一个有价值的线索。该夸克于1994年在费米国家加速器实验室找到。

1990年11月8日,HERA地下储存环首次开机运行。它是世界上唯一一台电子和质子发生对撞的加速器。1992年在HERA开展的前两个实验,开辟了质子物理的新时代。可以对所有原子核的这些基本组成部分进行精确的研究,其精确度比以前高30倍,大小相当于一个质子的千分之一。(左图为DORIS储存环)  

Hera_Proton ring.jpg (119178 字节)1992年,开始与国外研究所合作,从事TESLA项目的开发。

1993年,HERA实验的初步结果表明,质子的内部远比科学家们以前能够“看到的”复杂质子不仅由3个被胶子组合在一起的夸克组成,而且还有大量不断形成和湮灭的夸克以及胶子。

1993年,储存环DORISIII专用于HASYLAB的同步辐射源。

1997年初,HERA的科学家取得了另人吃惊的可能涉及整个新物质态的结果。但这些结果可能仅是“统计的异常情况”–纯属巧合。从此,研究人员就此问题努力拼搏。2000/2001年HERA扩充,使更精确地研究这一效应成为可能。(右图为HERA质子环)

TESLA-Testfacility.jpg (76966 字节)1998年,由金属铌制作的谐振器创造了30.6兆伏/米的加速记录,比过去提高了5倍。TESLA测试设备扩展为300米长的带有自由电子激光的超导直线加速器。  

1999年,利用HERA进行的HERMES实验获得胶子自旋的第一个直接证据。利用同步辐射对核糖体的复杂结构进行了分析,精确度到达前所未有的程度。今天仍属纯粹的研究将来某天就可成为开发更有效药物的基础。因为生物学家可以更准确地解释这些大分子结构,所以药物学家们就可设计出更有效的药物。

2000年2月22 日,TESLA测试设备的自由电子激光产生第一个束流,证明新激光原理在短波时也运行。这是TESLA项目一个关键的里程碑。(左图为TESLA测试设备)

2001年2月,一种在病人身上特别容易获得心脏动脉X射线影像的新方法取得成功,至此,在DESY从事的NIKOS心脏造影项目圆满完成。

2001年,国际合作组的科学家们成功地在TESLA测试设备自由电子激光上获得最大光放大。该自由电子激光产生的放大1000万倍对应于理论上对这样一个装置期待的峰值,创造了新的世界纪录。

2002年,加速场首次在9单元的TESLA实验腔中达到35 MV/m。现在,工业部门已在常规的基础上加工出500 GeV TESLA直线对撞机需要的加速梯度为25 MV/m的腔。35 MV/m的梯度可使加速器运行时能量高达800 GeV。

2002年,国际合作组的科学家们发表了首批实验中的一个实验结果。研究人员首次利用小的惰性气体原子簇研究了短时间内物质与来自自由电子激光的强X射线辐射的相互作用。

 

(高能所科研处制作 侯儒成编译)


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