Одному из самых первых ускорителей частиц Европейской организации ядерных исследований CERN недавно "стукнуло" 60 лет, тем не менее, эта установка все еще продолжает работать. Синхротрон Proton Synchrotron (PS) впервые ускорил протоны 24 ноября 1959 года и на тот момент он был самым мощным в мире ускорителем, разгоняющим частицы до самой высокой энергии. Конечно, со временем синхротрон PS утратил этот титул, но он и сегодня продолжает поставлять разогнанные протоны и тяжелые ионы ко многим экспериментам, включая и Большой Адронный Коллайдер, который является носителем титула самого мощного в мире ускорителя частиц на сегодняшний день.
Отметим, что организация CERN была образована в 1954 году для проведения исследований в областях физики элементарных частиц и ядерной физики, а синхротрон PS стал одним из первых проектов этой организации. За основу этого ускорителя была взята идея, разработанная учеными из Национальной лаборатории Брукхейвена (Brookhaven National Lab), по созданию синхротрона на основе принципа переменного градиента для разгона частиц до самых высоких энергий на тот момент времени.
Синхротрон захватывает введенные в него частицы и направляет их по круговой траектории при помощи магнитных полей, сила которых медленно увеличивается, и которые тщательно синхронизируются с уровнем энергии ускоряемых частиц. Принцип переменного градиента является средством фокусировки луча частиц при помощи переменных квадрупольных магнитов, магнитов, которые можно описать как четыре отдельных магнита, установленные в виде знака "+", работа полюсов которых чередуется в определенной последовательности.
Как и при сооружении любого ускорителя, ученые столкнулись с рядом проблем при строительстве синхротрона PS, но все возникшие проблемы были успешно решены со временем. Им очень долго не удавалось заставить протоны двигаться строго по заданной траектории, но череда небольших модернизаций оборудования и корректировок режимов работы заставили ускоритель PS заработать и достичь расчетных значений энергии разгоняемых частиц.
Синхротрон PS принимает протоны из соответствующего источника, заполненного газообразным водородом, которые прошли через этап предварительного ускорения малым линейным ускорителем. Затем упомянутые выше квадрупольные магниты "гоняют" луч протонов по окружности, длиной в 628 метров, ускоряя их до энергии в 25 ГэВ (гигаэлектронвольт). Это очень малая по сегодняшним меркам энергия, которая превышает массу протона в 25 раз, но ее было достаточно для начала исследований в области физики высоких энергий. И при помощи синхротрона PS в первые пять лет после его запуска учеными был открыт целый ряд новых элементарных частиц.
Когда ученые построили другие, более мощные ускорители частиц, синхротрон PS "ушел на второй план", став дополнительным и вспомогательным инструментом. Он стал источником протонов для синхротрона следующего поколения Super Proton Synchrotron, разгонявшего частицы до энергии в 400 ГэВ, который, в свою очередь, поставлял эти частицы к коллайдеру Large Electron-Positron Collider и поставляет их сейчас Большому Адронному Коллайдеру.
То, что синхротрон PS работает и по сегодняшний день, означает, что эта установка постоянно ремонтировалась и модернизировалась. И в данный момент времени синхротрон PS остановлен и производится ремонт 48 из его 100 магнитов. Параллельно с этим, технический персонал производит очистку конструкций ускорителя, меняют насосы и три километра трубопроводов его системы охлаждения.