Охотники за частицами
Шрифт:
…«Машина времени» останавливается. Видение исчезает. Я снова стою в главном зале синхрофазотрона…
Через несколько часов я уезжал из Дубны. Передо мной вновь мелькнуло и скрылось за частоколом сосен круглое приземистое здание величайшего «цирка» нашего века. Я думал о том, что покорение атомного мира человеком идет по неизбежному пути все большей концентрации энергии в небольших объемах.
Я думал о том, что машины, как и идеи, в наш век быстро стареют, а на смену им приходят новые замечательные машины и идеи. И я понял, что улыбка моего далекого потомка не будет высокомерной. Машины могут
Все измерительные залы при крупнейших ускорителях мира похожи друг на друга, как, в общем, схожи и сами ускорители. Они появились на свет в глухую пору холодной войны, когда даже такие сугубо мирные вещи, как изучение частиц сверхбольших энергий, были скрыты за завесой секретности. В глазах людей, не очень искушенных в науке, физики, только что создавшие атомные и водородные бомбы, были окружены ореолом грозного величия. До войны изучение нейтронов тоже казалось предельно мирным занятием, а что из этого получилось!
Одними из первых бреши в стене надоевшей всем холодной войны пробили физики. Западные ученые стали бывать в Дубне, наши физики отправились за океан, в США, где в пятидесятые годы были построены такие же крупные ускорители. И что же? Оказалось, что всюду одинаковы и люди и ученые. И творческая мысль ученых шла по схожим путям.
Первое впечатление, когда попадаешь в измерительный зал, — как на баррикаде. После строгой и чинной чистоты главного зала ускорителя — теснота от огромных приборов, хаос проводов. В стене, на полу, на приборах — тяжелые брикеты бетона и свинца. Они-то и усиливают сходство с баррикадой, напоминая то ли булыжники, то ли мешки с песком. В защитной стене зала, обращенной к ускорителю, проделаны узкие бойницы. В бойницы уставились внимательные глаза счетчиков.
Проходит полчаса, и впечатление хаоса исчезает. Перестаешь пугаться сдвинутых плит в полу, под которыми открывается бездонный, скучный и безлюдный, словно преисподняя, подвал. Сами собой ноги перестают спотыкаться в путанице толстых и тонких проводов. И тогда становится понятным, что эта теснота — та самая теснота конвейера большого завода, где люди делают общее дело, не мешая при этом друг другу.
Мы уже рассказывали о том, что частицы выводятся из камеры ускорителя на небольшом ее участке. Включено поле — и спустя секунду мощный сгусток протонов обрушивается на мишень в камере. Тогда через тонкую латунную ее оболочку наружу вырываются миллиарды частиц и фотонов. Широким веером они разбрызгиваются по стенам зала — все эти нейтроны, мезоны, гипероны, гамма-кванты.
Но еще в главном зале на пути от ускорителя к бойницам можно было увидеть длинные блестящие трубы, четырехугольные каналы, словно обложенные подушками. Эти трубы и подушки — последние имеют название магнитных линз — служат одной цели. Они формируют пучки вторичных частиц для ввода их в соседний зал.
Первой в этом зале начинается сортировка. По пути пучка частиц располагается мощная неуклюжая туша электромагнита. Собранные в пучок частицы после прохождения через магнит снова распускаются веером.
Пучок неоднороден. В нем
Такой спектр частиц каждого знака заряда и дает магнит.
Спектр импульсов, как говорят физики.
Теперь нужна вторая сортировка. Импульс, как известно, есть произведение массы частицы на ее скорость. Эту величину можно составить по-разному. Например, грубо говоря, одним и тем же импульсом будут обладать как протон, так и положительный пи-мезон, летящий в семь раз быстрее протона, и положительный ка-мезон, движущийся вдвое быстрее того же протона. И все они по выходе из магнита полетят в одном направлении.
Понятно, что магнит уже исчерпал свои возможности. Разные частицы, но с одинаковым импульсом, он рассортировать уже не может.
Вот на металлической штанге сидят две или три коробки. Это счетчики. А комбинация их называется уже знакомым вам словом — телескоп. Он просто выделяет частицы, летящие в данном направлении, из довольно-таки густого потока прочих частиц. Мы вспоминаем, что частица засчитывается, если практически мгновенно прошла через все счетчики телескопа.
Но теперь счет времени начинает вестись именно на эти мгновения. Путь между счетчиками известен. Скорость — из примерного знания энергии и импульса частиц — тоже. А затем по простенькой формуле подсчитывается и время пролета искомых частиц в телескопе. При тех гигантских, околосветовых скоростях, которыми обладают частицы, это время ничтожно — миллиардные доли секунды.
Счет неуловимым мгновениям может вести только совершенная электроника. И она исправно ведет его. Частица засчитывается только в том случае, если через второй счетчик она пролетела с определенным запозданием после первого счетчика.
Вот и все. Сколько бы разных частиц с одинаковым импульсом ни пролетало через счетчики, электроника замечает лишь частицы с определенной скоростью, иными словами — с заранее назначенной массой.
Этот остроумный метод сортировки получил название метода запаздывающих совпадений. Теперь, сколько бы, например, пи-мезонов ни летело сквозь счетчики, они отворят «ворота» — допустим, камеры Вильсона — только, скажем, ка-мезонам.
В результате капкан не будет захлопываться без толку от каждого зайца. И будет ловить одних лишь волков. А это очень важно: ка-«волк» попадается куда реже, а потому ценится физиками гораздо дороже, чем пи-«заяц».
Сортировку разных частиц с одинаковыми импульсами можно произвести и по-другому, не вмешивая в это дело измерительные приборы. В густом потоке частиц они, случается, тоже ошибаются. Особенно если нужно вычесать из обильного потока знакомых частиц случайно затесавшиеся в него менее знакомые.