Космические ускорители для частиц сверхвысоких энергий

Е.В. Деришев, Вит В. Кочаровский, Владимир В. Кочаровский
2007 Uspehi fiziceskih nauk  
1. £ÄÇAEÇÐËÇ £.. ¤ËÐÊÃÖÓÅ ÄÐÇÔ ÊÐÂÚËÕÇÎßÐÞÌ ÄÍÎÂAE Ä ÓÇÛÇÐËÇ ÒÓÑÃÎÇÏÞ ÒÓÑËÔØÑÉAEÇÐËâ ÍÑÔÏËÚÇÔÍËØ ÎÖÚÇÌ, Ä ÚÂÔÕÐÑ-ÔÕË, ÒÓÑÂÐÂÎËÊËÓÑÄÂÄ ÔËÐØÓÑÕÓÑÐÐÑÇ ËÊÎÖÚÇÐËÇ ÄØÑAEâ-ÜËØ Ä ËØ ÔÑÔÕÂÄ ÄÞÔÑÍÑàÐÇÓÅËÚÐÞØ àÎÇÍÕÓÑÐÑÄ, ÓÂÊÄËÄ ÒÓÇAEÔÕÂÄÎÇÐËÇ Ñ ÅÂÎÑ ÍÑÔÏËÚÇÔÍËØ ÎÖÚÇÌ Ä ¤ÂÎÂÍÕËÍÇ Ë ËÔÔÎÇAEÑÄÂÄ ÙÇÎÞÌ ÓâAE AEÓÖÅËØ ÄÑÒÓÑÔÑÄ (ÔÏ. ÇÅÑ ÑÃÊÑÓ [1] Ë ÓÂÃÑÕÞ ÇÅÑ ÖÚÇÐËÍÑÄ, ÐÂÒÓËÏÇÓ [2, 3]). ªÐÕÇÓÇÔÐÞØ ÄÑÒÓÑÔÑÄ ÊAEÇÔß ÑÔÕÂÇÕÔâ ÇÜÇ ÐÇÏÂÎÑ, ÑAEÐÂÍÑ ÒÑ-ÒÓÇ-ÉÐÇÏÖ, ÔÑÅÎÂÔÐÑ [1], "ÄÂÉÐÇÌÛÇÌ ÐÇÓÇÛÇÐÐÑÌ ÒÓÑÃÎÇ-ÏÑÌ Ä ÑÃÎÂÔÕË
more » ... ÕÓÑ×ËÊËÍË ÍÑÔÏËÚÇÔÍËØ ÎÖÚÇÌ âÄÎâÇÕÔâ ÒÓÑËÔØÑÉAEÇÐËÇ ÚÂÔÕËÙ ÔÑ ÔÄÇÓØÄÞÔÑÍÑÌ àÐÇÓÅËÇÌ". ªÏÇÐÐÑ àÕ ÒÓÑÃÎÇÏ ÑÃÔÖÉAEÂÇÕÔâ Ä AEÂÐÐÑÏ AEÑÍÎÂAEÇ, ÑÔÐÑÄÂÐÐÑÏ Ð ÑÒÖÃÎËÍÑÄÂÐÐÞØ ÓÂÐÇÇ ÓÂÃÑÕÂØ [4 ë 6]. £ ÔÑÔÕÂÄÇ ÍÑÔÏËÚÇÔÍËØ ÎÖÚÇÌ ÒÓÇÑÃÎÂAEÂáÕ ÒÑÎÑÉË-ÕÇÎßÐÑ ÊÂÓâÉÇÐÐÞÇ ËÑÐÞ, Ä ÑÔÐÑÄÐÑÏ ì ÒÓÑÕÑÐÞ, ×ÖÐÍÙËâ ÓÂÔÒÓÇAEÇÎÇÐËâ ÚÂÔÕËÙ ÒÑ àÐÇÓÅËâÏ dNadE Ô ØÑÓÑÛÇÌ ÕÑÚÐÑÔÕßá ÑÒËÔÞÄÂÇÕÔâ ÔÕÇÒÇÐÐoÂ Ì ÊÂÄËÔË-ÏÑÔÕßá Ô ËÊÎÑÏÑÏ ("ÍÑÎÇÐÑÏ"): dNadE G E À2Y7 ÒÓË àÐÇÓÅËâØ ÏÇÐßÛËØ % 3 10 15 à£ Ë dNadE G E À3 ÒÓË Ão ÎßÛËØ àÐÇÓÅËâØ (ÔÏ., ÐÂÒÓËÏÇÓ, ÑÃÊÑÓ [7]). ³ÄÑÌÔÕÄ ÍÑÔÏËÚÇÔÍËØ ÎÖÚÇÌ c àÐÇÓÅËÇÌ ÄÒÎÑÕß AEÑ 10 17 à£, ËÏÇá-ÜËØ ÅÂÎÂÍÕËÚÇÔÍÑÇ ÒÓÑËÔØÑÉAEÇÐËÇ Ë ÑÃÖÔÎÑÄÎÇÐÐÞØ Ä ÑÔÐÑÄÐÑÏ ÄÔÒÞÛÍÂÏË ÔÄÇÓØÐÑÄÞØ, ÓÂÔÔÏÑÕÓÇÐÞ, ÐÂÒÓË-ÏÇÓ, Ä [3] Ë ÐËÉÇ ÐÇ ÊÂÕÓÂÅËÄÂáÕÔâ. £ÑÒÓÑÔ Ñ ÏÂÍÔËÏÂÎßÐÑÌ àÐÇÓÅËË ÍÑÔÏËÚÇÔÍËØ ÎÖÚÇÌ ÑÔÕÂÇÕÔâ ÑÕÍÓÞÕÞÏ. ¬ ÐÂÔÕÑâÜÇÏÖ ÄÓÇÏÇÐË ÊÂÓÇÅËÔÕÓË-ÓÑÄÂÐÞ ÚÂÔÕËÙÞ Ô àÐÇÓÅËÇÌ ÄÒÎÑÕß AEÑ 10 20 à£.¯ÂÃÎáAEÇ-ÐËÇ ÒÓË ÇÜÇ Ão ÎßÛËØ àÐÇÓÅËâØ ÔÕÂÎÍËÄÂÇÕÔâ ÔÑ ÊÐÂÚË-ÕÇÎßÐÞÏË ÕÓÖAEÐÑÔÕâÏË, ÒÑÔÍÑÎßÍÖ ÄÇÎËÚËРÑÉËAEÂÇ-ÏÑÅÑ ÒÑÕÑÍ ÏÇÐßÛÇ ÑAEÐÑÌ ÚÂÔÕËÙÞ Ð ÍÄÂAEÓÂÕÐÞÌ ÍËÎÑÏÇÕÓ Ê ÔÕÑÎÇÕËÇ.¯ÇËÊÄÇÔÕÐÞ Ë ËÔÕÑÚÐËÍË ÕÂÍËØ ÚÂÔÕËÙ, ØÑÕâ ÏÑÉÐÑ ÔÚËÕÂÕß ÖÔÕÂÐÑÄÎÇÐÐÞÏ ÄÐÇÅÂÎÂÍÕË-ÚÇÔÍÑÇ ÒÓÑËÔØÑÉAEÇÐËÇ ÍÑÔÏËÚÇÔÍËØ ÎÖÚÇÌ ÔÑ ÔÄÇÓØÄÞÔÑ-ÍÑÌ àÐÇÓÅËÇÌ (010 18 à£). £ ÒÑÎßÊÖ àÕÑÅÑ ÄÞÄÑAE ÔÄËAEÇ-ÕÇÎßÔÕÄÖáÕ AEÄ ÑÃÔÕÑâÕÇÎßÔÕÄÂ. £Ñ-ÒÇÓÄÞØ, ÒÓÑÕÑÐÞ Ô àÐÇÓÅËÇÌ, ÒÓÇÄÞÛÂáÜÇÌ 10 18 à£, Ë ÕâÉÇÎÞÇ ËÑÐÞ Ô àÐÇÓÅËÇÌ 02 10 19 ࣠ÔÎÂÃÑ ÑÕÍÎÑÐâáÕÔâ Ä ÏÂÅÐËÕÐÑÏ ÒÑÎÇ ÐÂÛÇÌ ¤ÂÎÂÍÕËÍË, ÕÂÍ ÚÕÑ ËØ ÅÇÐÇÓÂÙËâ Ä ÅÂÎÂÍÕËÚÇ-ÔÍËØ ËÔÕÑÚÐËÍÂØ ÑÊÐÂÚÂΠÃÞ ÖÄÇÎËÚÇÐËÇ ÒÑÕÑÍÂ Ä ÐÂÒÓÂÄÎÇÐËË Ð âAEÓÑ ¤ÂÎÂÍÕËÍË Ë/ËÎË Ä ÒÎÑÔÍÑÔÕË ÇÇ AEËÔÍÂ, ÕÑÅAE ÍÂÍ ÐÂÃÎáAEÂÇÏÞÌ ÒÑÕÑÍ ÍÑÔÏËÚÇÔÍËØ ÎÖÚÇÌ ÒÓÂÍÕËÚÇÔÍË ËÊÑÕÓÑÒÇÐ. £Ñ-ÄÕÑÓÞØ, Ä ÒÑÔÎÇAEÐËÇ ÅÑAEÞ ÒÑÎÖÚÇÐÑ ÔÄËAEÇÕÇÎßÔÕÄÑ ÊÂÄÂÎÂ Ä ÔÒÇÍÕÓÇ ÍÑÔÏËÚÇÔÍËØ ÎÖÚÇÌ ÒÓË àÐÇÓÅËâØ, ÒÓÇÄÞÛÂáÜËØ 5 10 19 ࣠[8], ÚÕÑ ÔÑÅÎÂÔÖÇÕÔâ Ô ÒÓÇAEÔÍÂÊÂÐËâÏË ¬ÖÊßÏËÐÂ Ë ©ÂÙÇÒËР[9] Ë ¤ÓÇÌÊÇР[10]. µÍÂÊÂÐÐÞÌ ËÏË à××ÇÍÕ ÔÑÔÕÑËÕ Ä ÕÑÏ, ÚÕÑ ÒÓÑÕÑÐÞ Ô àÐÇÓÅËÇÌ 05 10 19 ࣠ÃÞÔÕÓÑ (Ä ÍÑÔÏÑÎÑÅËÚÇ-ÔÍÑÏ ÏÂÔÛÕÂÃÇ ÄÓÇÏÇÐË) ÕÇÓâáÕ ÇÇ ËÊ-Ê ÄÊÂËÏÑAEÇÌÔÕÄËâ Ô ×ÑÕÑÐÂÏË ÓÇÎËÍÕÑÄÑÅÑ ËÊÎÖÚÇÐËâ Ë AEÑØÑAEâÕ AEÑ ÐÂÔ ÎËÛß Ô ÓÂÔÔÕÑâÐËâ 950 ®ÒÍ. ¿ÕÑ ÒÓËÄÑAEËÕ Í ÔËÎßÐÑÏÖ ÖÏÇÐßÛÇÐËá ÐÂÃÎáAEÂÇÏÑÅÑ ÒÑÕÑÍ ÚÂÔÕËÙ Ô àÐÇÓÅËÇÌ ÒÑÓâAEÍ 10 20 à£, ÇÔÎË ÑÐË ÔÑÊAEÂáÕÔâ Ä ÑÔÐÑÄÐÑÏ ÖAEÂÎÇÐ-ÐÞÏË ËÔÕÑÚÐËÍÂÏË. ®Þ ÃÖAEÇÏ ËÔØÑAEËÕß ËÊ ÇÔÕÇÔÕÄÇÐÐÑÌ ÅËÒÑÕÇÊÞ Ñ ÕÑÏ, ÚÕÑ ÒÓÑËÔØÑÉAEÇÐËÇ ÍÑÔÏËÚÇÔÍËØ ÎÖÚÇÌ ÔÄÇÓØÄÞÔÑÍÑÌ àÐÇÓÅËË ÔÄâÊÂÐÑ Ô ÖÔÍÑÓÇÐËÇÏ ËÑÐÑÄ Ä àÎÇÍÕÓÑÏÂÅÐËÕ-ÐÞØ ÒÑÎâØ ÂÔÕÓÑ×ËÊËÚÇÔÍËØ ÑÃÝÇÍÕÑÄ. ¡ÎßÕÇÓÐÂÕËÄÐÂâ ÅËÒÑÕÇÊ (ÐÂÊÞÄÂÇÏÂâ Ä ÂÐÅÎÑâÊÞÚÐÑÌ ÎËÕÇÓÂÕÖÓÇ "topdown") ÕÓÇÃÖÇÕ ÒÓËÄÎÇÚÇÐËâ ÒÑÍ ÇÜÇ ÐÇËÊÄÇÔÕÐÞØ ×ËÊËÚÇÔÍËØ âÄÎÇÐËÌ Ë ÖÕÄÇÓÉAEÂÇÕ, ÚÕÑ ËÔÕÑÚÐËÍÑÏ ÍÑÔ-ÏËÚÇÔÍËØ ÎÖÚÇÌ ÔÎÖÉËÕ ÓÂÔÒÂAE ÔÄÇÓØÕâÉÇÎÞØ ÚÂÔÕËÙ ÕÇÏÐÑÅÑ ÄÇÜÇÔÕÄ [11]; ÒÓË àÕÑÏ ÑÃÓÂÊÖáÕÔâ ÐÂËÃÑÎÇÇ ÄÞÔÑÍÑàÐÇÓÅËÚÐÞÇ ÍÑÔÏËÚÇÔÍËÇ ÎÖÚË, ÍÑÕÑÓÞÇ ÄÒÑÔÎÇAE-ÔÕÄËË ÕÇÓâáÕ àÐÇÓÅËá Ë ×ÑÓÏËÓÖáÕ ÐÂÃÎáAEÂÇÏÑÇ ÓÂÔ-ÒÓÇAEÇÎÇÐËÇ. ¶ÂÍÕ ÔÖÜÇÔÕÄÑÄÂÐËâ Ä ÍÑÔÏÑÔÇ ÚÂÔÕËÙ Ô àÐÇÓÅËÇÌ ÒÑ-ÓâAEÍ 10 20 ࣠ÐÇ AEÑÎÉÇÐ ÖAEËÄÎâÕß. ¬ÑÔÏËÚÇÔÍÂâ ÒÎÂÊÏ AEÂÎÇÍ ÑÕ ÕÇÓÏÑAEËÐÂÏËÚÇÔÍÑÅÑ ÓÂÄÐÑÄÇÔËâ, ÑÕÄÇÚÂá-ÜÂâ ÇÇ ÍÓÖÒÐÑÏÂÔÛÕÂÃÐÞÏ AEÄËÉÇÐËâÏ à××ÇÍÕËÄÐÂâ ÕÇÏÒÇÓÂÕÖӠРÐÇÔÍÑÎßÍÑ AEÇÔâÕÍÑÄ ÒÑÓâAEÍÑÄ ÒÓÇÄÑÔØÑ-AEËÕ àÐÇÓÅËá ÚÂÔÕËÙ ÍÑÔÏËÚÇÔÍËØ ÎÖÚÇÌ. ®ÑÉÐÑ ÑÉËAEÂÕß, ÚÕÑ ÚÂÔÕß ËÑÐÑÄ ÃÖAEÇÕ ÖÔÍÑÓâÕßÔâ AEÑ ÑÚÇÐß ÃÑÎßÛËØ àÐÇÓÅËÌ Ä ÓÇÊÖÎßÕÂÕÇ ÏÐÑÅÑÍÓÂÕÐÞØ ÔÕÑÎÍÐÑÄÇÐËÌ Ô AEÄËÉÖÜËÏËÔâ ÑÃÎÂÍÂÏË ÍÑÔÏËÚÇÔÍÑÌ ÒÎÂÊÏÞ.´ÂÍÑÌ ÏÇØÂÐËÊÏ ÃÞÎ ÒÓÇAEÎÑÉÇÐ ¿. ¶ÇÓÏË [12]. ©ÐÂâ ÄÓÇÏâ ÉËÊÐË ÍÑÔÏËÚÇÔÍËØ ÎÖÚÇÌ Ä ÐÂÛÇÌ ¤ÂÎÂÍÕËÍÇ, ÏÑÉÐÑ ÒÑAEÔÚËÕÂÕß ÕÓÇÃÖÇÏÖá ÏÑÜÐÑÔÕß ËÔÕÑÚÐËÍÑÄ.°Ð ÑÍÂ-ÊÞÄÂÇÕÔâ ÕÑÅÑ ÉÇ ÒÑÓâAEÍÂ, ÚÕÑ Ë ÖÔÓÇAEÐÇÐÐÂâ ÒÑ ÄÓÇÏÇÐË ÏÑÜÐÑÔÕß ÄÊÓÞÄÑÄ ÔÄÇÓØÐÑÄÞØ ÊÄÇÊAE, ÍÑÕÑÓÞÇ âÄÎâáÕÔâ ÅÎÂÄÐÑÌ AEÄËÉÖÜÇÌ ÔËÎÑÌ ÕÖÓÃÖÎÇÐÕÐÑÔÕË Ä ÏÇÉÊÄÇÊAEÐÑÌ ÔÓÇAEÇ. ¿ÕÑ ÑÃÔÕÑâÕÇÎßÔÕÄÑ ÒÓËÄÇÎÑ Í ÒÑâÄÎÇÐËá ÅËÒÑ-ÕÇÊÞ Ñ ÕÑÏ, ÚÕÑ ÄÊÓÞÄÞ ÔÄÇÓØÐÑÄÞØ âÄÎâáÕÔâ ÑÔÐÑÄÐÞÏ ËÔÕÑÚÐËÍÑÏ ÍÑÔÏËÚÇÔÍËØ ÎÖÚÇÌ [13]. ±ÑÔÎÇ ÑÕÍÓÞÕËâ ÏÇØÂÐËÊÏ AEË××ÖÊËÑÐÐÑÅÑ ÖÔÍÑÓÇÐËâ ÚÂÔÕË٠Р×ÓÑÐÕÇ ÖAEÂÓÐÑÌ ÄÑÎÐÞ [14, 15] Ë ÒÑâÄÎÇÐËâ ÏÐÑÅÑÚËÔÎÇÐÐÞØ AEÇÕÂÎßÐÞØ ÓÂÔÚÇÕÑÄ (ÐÂÒÓËÏÇÓ [16]) ÔÕÂÎÑ âÔÐÑ, ÚÕÑ ÍÑÔÏËÚÇÔÍËÇ ÎÖÚË ÄÑÊÐËÍÂáÕ Ä ÐÂÚÂÎßÐÞÌ ÒÇÓËÑAE ÔÖ-ÜÇÔÕÄÑÄÂÐËâ ÑÔÕÂÕÍ ÔÄÇÓØÐÑÄÑÌ, ÒÑÍ ÑÃÓÂÊÑÄÂÄÛÂâÔâ ÒÓË ÇÇ ÄÊÓÞÄÇ ÖAEÂÓÐÂâ ÄÑÎРÑÔÕÂÇÕÔâ ÔËÎßÐÑÌ.´ÂÍÂâ ÍÂÓÕËРÒÑÎÖÚËΠàÍÔÒÇÓËÏÇÐÕÂÎßÐÑÇ ÒÑAEÕÄÇÓÉAEÇÐËÇ (ÔÏ., ÐÂÒÓËÏÇÓ, [17]): ÊÂÓÇÅËÔÕÓËÓÑÄÂÐÑ ÉÇÔÕÍÑÇ ÅÂÏÏÂ-ËÊÎÖÚÇÐËÇ ÑÕ ÑÔÕÂÕÍÑÄ ÔÄÇÓØÐÑÄÞØ, ÑÃÖÔÎÑÄÎÇÐÐÑÇ
doi:10.3367/ufnr.0177.200703i.0323 fatcat:bfj6xshqu5em3oxvjawryth3ha