Ускорители элементарных частиц делятся на два больших класса — с неподвижной мишенью и на встречных пучках (коллайдеры). В первом случае разогнанные ускорителями элементарные частицы взаимодействуют с ядрами атомов мишени как с целым или с элементарными частицами, входящими в состав ядер. Во втором случае  разогнанные до околосветовых скоростей частицы сталкиваются друг с другом лоб в лоб.

В обеих случаях в результате взаимодействия рождаются вторичные элементарные частицы.

При взаимодействии с неподвижной мишенью вторичные частицы разлетаются симметрично вдоль оси пучка первичных частиц в пределах некоторой апертуры. Это связано с тем что из закона сохранения импульса сумма импульсов вторичных частиц равна импульсу первичной частицы, который очень большой, лишь малая часть кинетической энергии первичных частиц переходит в массу покоя вторичных частиц.

В коллайдерах сумма импульсов сталкивающихся лоб в лоб частиц частиц равна нулю, поэтому вторичные частицы обладают малым импульсом и разлетаются во все стороны, кинетическая энергия первичных частиц практически полностью переходит в массу покоя вторичных частиц.

Поэтому для получения частиц с высокой массой покоя используются коллайдеры. Например, крупнейший в России протонный ускоритель элементарных частиц при энергии частиц 70 ГэВ (гигаэлектронвольт — энергия, которую приобретает частица проходя разность потенциалов 1 миллиард вольт) теоретически может породить частицы массой до ~11 ГэВ, в то время как коллайдер при той же энергии частиц теоретически может породить частицы массой до 140 ГэВ (массу можно перевести из ГэВ в килограммы, но в ГэВ удобнее для расчетов).

Регистрирующие поток вторичных частиц системы детекторов в обеих случаях обладают осевой симметрией.  Сами системы детекторов называют «экспериментами». Например, на Большом адронном коллайдере четыре эксперимента — ATLAS, LHCb, CMS, Alice. На ускорителях с неподвижной мишенью в состав эксперимента также входит мишень, на которую по специальному каналу поступают частицы с ускорителя (каким образом — отдельная сложная тема).

Для регистрации частиц и их параметров используются различные детекторы — спектрометры на основе мощных электромагнитов, сцинтилляционные детекторы, кремниевые детекторы, микростриповые детекторы, пропорциональные и дрейфовые камеры, электомагнитные, адронные и мюонные калориметры, черенковские счетчики.

Схемы некоторых экспериментов (некоторые детекторы подписаны) с фиксированной мишенью:SetupNew_4webcompass080716_1sff7f655f10995832548f4c0a3de6a5cbimg2005

Схемы и вид вживую эксперимента CMS (Большой адронный коллайдер):CMS_SliceC. - E. Wulz.

53775-1024x681

Разница очевидна — системы детекторов на коллайдерах не содержат мишени и имеют бочкообразный вид.

А это один из первых проектов эксперимента с фиксированной мишенью:

Кандинский

Линия, проходящая через весь эксперимент — ось пучка. Поперечные ей тонкие линии — пропорциональные и дрейфовые камеры, в том числе пучковые камеры, расположенные до мишени, большие прямоугольники — спектрометрические магниты и калориметры. Маленькие прямоугольники на концах судя по всему являются мишенями. Только непонятно что означают большие окружности и зачем мишени с двух сторон, ведь технически подать пучок с двух сторон нереально. Скорее всего эксперимент должен быть на поворачивающейся платформе, причем обе части поворачиваются независимо. Автор эксперимента — Василий Кандинский — давно помер, так что остается только гадать.

Его современник — Казимир Малевич — также увлекался физикой высоких энергий. Эта схема эксперимента очень напоминает вершинный спектрометр (ВЕС ИФВЭ) — слева по оси пучка мишень с охранной системой и пропорциональными камерами (оранжевый прямоугольник), многоканальный черенковский счетчик (розовый прямоугольник), два слоя дрейфовых трубок (желтые и сине-серые прямоугольники), самый большой прямоугольник — электромагнитный калориметр, разве что спектрометрического магнита не хватает:

Супрематизм

В самом деле:

Эксперимент ВЕС

А эта схема эксперимента, ядром которого является электромагнитный калориметр (обозначен красным), подозрительно похожа на схему эксперимента ГАМС ИФВЭ:

nIOLkZvu3kE

Две схемы экспериментов Малевича как две капли воды похожи на два стоящих бок о бок эсперимента ИФВЭ! Вот они (слева снизу ГАМС, справа от него — ВЕС, синие прямоугольники — контуры калориметров):

big6817

Совпадение? Не думаю!

Еще один проект Малевича:

3180_43x50-k-s-malevich-suprematizm-56

Благо, Кандинский и Малевич жили не 3 тысячи лет назад, поэтому их вклад в физику высоких энергий не обсуждают даже самые упоротые конспирологи. По крайней мере пока…

автор: Виталий Календарев