До новых встреч!
Глава 9 Ускорители и коллайдеры
ускорителей, вместо финансирования родного сердцу оборонного бюджета, но ему (обывателю) следует запомнить: тот же Большой Адронный Коллайдер шедевр прямых рук человеков этой планеты. Памятник прогрессу и символ любознательности нашей цивилизации! В общем, немного расскажем про вот это вот всё.
Первые коллайдеры, если на то пошло, использовались еще в 19 веке. Самый известный из них в опыте Резерфорда, когда тот за каким-то лешим стрелял альфа-частицами по золотой фольге. Додумаются же с безделья. То, что альфа-частицы это ядра гелия Резерфорд еще не знал их испускал радиоактивный источник, а студенты, которым был очень нужен зачет, записывали результаты и восхищались, какой, мол, Резерфорд умный и гениальный. В ходе этого эксперимента частицы пролетали сквозь фольгу и врезались в экран покрытый сульфидом цинка, порождая малюсенькую вспышку света. И так бы они и смотрели свое кино, если бы пытливые умы не догадались поставить дополнительный экран вокруг фольги. Тут то они и заметили вспышки, как бы намекающие на то, что альфа частицы не только пролетают через фольгу, но еще и отскакивают. Траектория и статистика отскоков привела ученых к догадке, что внутри атома есть что-то твердое. Так родилось новое научное развлечение в физике разгадывать происходящее по следам (трекам) частиц.
Впрочем, ничего нового тут не было. Наш глаз улавливает следы столкновения фотонов с окружающими вещами, а мозг делает вывод о форме, размерах, цвете этих самых окружающих вещей. Мы сами себе детектор и коллайдер, если подумать.
Но что делать, если хочется обстрелять что-то поменьше атомного ядра. Что если хочется разглядеть нечто, имеющее размеры меньше длины световой волны, попасть в цель, которую световая волна просто «огибает»? Там на межкварковых расстояниях прячутся такие секреты мироздания, от которых начинает сильнее биться сердце и болеть живот.
А тут еще и Эйнштейн со своей формулой, которая обещает, что энергия и масса это одно и то же. То есть, если вкачать в точку пространства побольше энергии, то можно из этой энергии создать вещество с массой и при некоторой сноровке назвать полученное смешным названием. Не вопрос! Только дорого. Поэтому ученые начали обрабатывать власть имущих на предмет «дайте денег». В 50-х годах прошлого века они все объединились в организацию под названием ЦЕРН (Европейский совет по ядерным исследованиям), чтобы было удобнее вымогать деньги на так называемые эксперименты.
Лучший способ создать благоприятные условия для исследования микромира это разогнать известные и доступные частицы до больших скоростей (то есть придать им побольше энергии), столкнуть с чем-нибудь таким же крепким, а затем внимательно изучить место столкновения там должны остаться очень интересные следы. Если кто-то из наших читателей застал прошлое столетие, то он может припомнить такую штуковину, как электронно-лучевая трубка: в ней электронная пушка выпускала электроны, а специальные магниты направляли их на экран, где от врезавшегося электрона появлялся след. Миллионы выпущенных электронов складывались в картинку, и люди смотрели любимые сериалы и рекламу через устройство, известное в археологии как кинескоп телевизора.
До перехода к рассказу о коллайдерах стоит упомянуть еще один классный тип устройств пузырьковые камеры. Если взять ёмкость с жидкостью, которую специальным образом нагрели выше температуры кипения (это чудо называют перегретой жидкостью), то некоторые пролетающие через ёмкость частицы будут оставлять за собой след из пузырьков. Мы как-то видели пузырьковую камеру Вильсона, где вместо жидкости используется, перегретый пар, в одном научном музее и восхищено стояли возле нее, пока не пришел сторож и не прогнал нас. В общем, рекомендуем (камеру Вильсона, а не сторожа, конечно же) на это стоит посмотреть.
Итак, люди начали стрелять частицами по мишеням или сталкивать их друг с другом. Названия устройств для столкновения были специально страшными, чтобы обыватели держались от всего этого подальше: синхрофазотрон, синхротрон, тэватрон, беватрон, и так далее.
Вообще ускорители частиц бывают двух типов: линейные и кольцевые. На первых частицы разгоняют на прямой траектории, а на циклических, ясное дело, запускают по кругу. И те, и другие имеют свои недостатки и преимущества, поэтому используются для разных нужд.
А в 80-х годах в Европе задумали построить Большой Электронно-Позитронный Коллайдер (сокращенно LEP). В нем энтузиасты сталкивали электроны с позитронами, то есть частицу и античастицу. Столкновение приводило к интереснейшим последствиям. Если вы читали предыдущие лекции, то вам приятно будет узнать, что именно на LEP изучали W и Z бозоны, а также подтвердили единство электромагнитного и слабого взаимодействия (электрослабое взаимодействие).
Однако работа с антивеществом довольно энергозатратная штука и по сей день. На одном ускорителе сталкивали протоны с антипротонами, и, поверьте, хранение антипротонов было той еще головной болью для инженеров. Антивещество только и мечтает, чтобы аннигилировать в пучок фотонов и, привет семье, как говорится.