Физика высоких энергий

Фи́зика высо́ких эне́ргий — раздел физики элементарных частиц, изучающий взаимодействия элементарных частиц и/или ядер атомов при энергиях столкновения, существенно выше, чем массы самих сталкивающихся частиц (см. (Эквивалентность массы и энергии)).

Коллайдер «(Теватрон)» и кольца Главного инжектора

Из (соотношений неопределённости) для (ультрарелятивистских) частиц следует, что для исследования деталей структуры элементарных частиц с размерами порядка ${\displaystyle \Delta r}$ нужны зондирующие частицы с энергиями ${\displaystyle \Delta E\geqslant {\frac {c\hbar }{\Delta r}}}$ или ${\displaystyle \Delta E\geqslant {\frac {2*10^{-14}}{\Delta r}}}$, где ${\displaystyle E}$ выражена в Гэв, а ${\displaystyle r}$ в см. Энергия частиц для изучения очень мелких деталей растет с уменьшением размера этих деталей. В настоящее время энергии элементарных частиц в ускорителях составляют порядка ${\displaystyle 1000}$ Гэв, что позволяет изучать структуру элементарных частиц с точностью ${\displaystyle 10^{-17}}$ см.

Эксперименты по физике высоких энергий проводятся с помощью ускорителей заряженных частиц и ядерных реакторов. Также источником частиц высоких энергий являются космические лучи. В неускорительных экспериментах с космическими лучами изучают, в основном, свойства нейтрино и поведение частиц при сверхвысоких энергиях ((широкие космические ливни)).

Детекторы частиц

Основная статья: Детектор элементарных частиц

Основа любого эксперимента в области физики высоких энергий — (детекторы ионизирующего излучения) и гамма-лучей. Детектор регистрирует продукты реакций между частицами, и физики восстанавливают сами реакции по этим данным. В настоящее время основные типы детекторов, используемых в экспериментах в физике высоких энергий — (полупроводниковые детекторы), и (калориметры) электромагнитных и адронных ливней. Также для регистрации результатов столкновений используются толстослойные (фотопластинки), пузырьковые камеры, искровые камеры и другие детекторы элементарных частиц. Из различных типов детекторов физики собирают огромные детекторы элементарных частиц, так называемые детекторы общего назначения.

Примеры детекторов: (ATLAS) и (CMS) на протон-протонном коллайдере БАК (LHC, Швейцария/Франция), и на протон-антипротонном коллайдере (Tevatron) (США), (BaBar) и (Belle) на асимметричных (электрон-позитронных) фабриках B-мезонов в лабораториях (SLAC) (США) и (KEK) (Япония), а также детекторы (СНД) и КМД-3, работающие на электрон-позитроном ускорителе (ВЭПП-2000).

См. также

• Квантовая теория поля
• Физика элементарных частиц
• Физика ускорителей
• (Химия высоких энергий)

Литература

• Перкинс Д. Введение в физику высоких энергий. — М., Мир, 1975. — 416 с.

Примечания

1. (Широков Ю. М.), (Юдин Н. П.) Ядерная физика. — М., Наука, 1972. — с. 262—263
2. (Яворский Б. М.), (Детлаф А. А.) Справочник по физике. — М., Наука, 1990. — с. 542—543