Синхрофазотрон — это гигантский кольцевой ускоритель частиц, машина, которая разгоняет протоны почти до скорости света, чтобы заглянуть внутрь атома. Звучит как из научной фантастики, но это реальная физика середины 20 века. Идея простая: вместо огромной прямой трубы строят кольцо. Частица летит по кругу, каждый круг проходит через один и тот же ускоряющий участок и получает маленькую прибавку энергии. За тысячи оборотов из нескольких мегаэлектронвольт она выходит на десятки гигаэлектронвольт. Фишка синхрофазотрона в слове «синхро». Когда частица ускоряется, ее масса растет по Эйнштейну, и она начинает отставать по времени. Чтобы этого не случилось, магнитное поле и частота радиочастотного напряжения меняются синхронно с движением частицы. Благодаря принципу автофазировки, который открыли Векслер и Макмиллан в 1945, частица всегда попадает в правильную фазу и продолжает разгоняться. Внутри кольца вакуум лучше чем в космосе, чтобы частицы ни с чем не сталкивались. По периметру стоят дипольные магниты, они держат траекторию, и квадрупольные магниты, они сжимают пучок, чтобы он не разлетался. А радиочастотные резонаторы каждый раз подталкивают сгусток протонов. Зачем это нужно? Чтобы сталкивать частицы и смотреть что получится. По формуле E=mc² кинетическая энергия превращается в массу новых частиц. Так открыли пи-мезоны, каоны, резонансы и проверили Стандартную модель. В СССР самым известным был синхрофазотрон в Дубне на 10 ГэВ в 1949 году. Это был самый мощный ускоритель планеты. Позже в Протвино построили У-70 на 70 ГэВ. Эти машины были инжекторами для более мощных коллайдеров. Например, перед Большим адронным коллайдером протоны проходят целую цепочку: линейный ускоритель, бустер, протонный синхротрон, SPS, и только потом попадают в основное кольцо на 27 км. Еще один эффект — синхротронное излучение. Когда частицы летят по кругу, они светятся рентгеном. Для ускорителя это потери, а для науки это супер-яркий источник света. На его основе работают центры, где изучают структуру белков, новые материалы и микрочипы. Технически синхрофазотрон это космос инженерии: магниты с точностью до долей процента, вакуум, криогеника, наносекундная синхронизация. Одна ошибка и пучок врезается в стенку. Главное ограничение — размер и стоимость. Чтобы получить тераэлектронвольты, нужно либо кольцо в десятки километров, либо сверхпроводящие магниты на 8-12 Тесла. Поэтому сегодня строят машины в 100 км. Короче, синхрофазотрон это мост от циклотронов к современным коллайдерам. Он дал физике энергии гигаэлектронвольтного уровня, открыл новую физику частиц и подарил миру технологии, которые теперь используют в медицине и промышленности. #идеидляос - @aal_i_enn