Про эту вашу физику
Шрифт:
Между прочим, если начать ковырять вакуум с помощью математики, то после пары тройки бессонных лет можно прийти к выводам, что кое-какие параметры вакуума вариабельны, а значит сам вакуум может быть принципиально другим. Таким, в котором наше вещество перестало бы быть веществом, и уж тем более никаких звезд, планет и человеков образоваться не смогло. И на сегодняшний день нет никаких причин, которые бы прочно удерживали вакуум в текущих параметрах. Один квантовый скачок, незапланированное колебание — значения вакуума меняются, и вселенная превращается, например, в унылую кучку низкочастотных фотонов, чуть теплее абсолютного нуля. Вот до чего может довести математика. Осторожнее с ней!
Увы,
До новых встреч!
Глава 9
Ускорители и коллайдеры
У физиков есть традиция — раз
в 50 миллиардов лет они собираются
и строят адронный коллайдер…
Мы считаем, что пару слов надо бы уделить ихним коллайдерам. Современный гуманитарий должен знать, что коллайдер (а также ускоритель и детектор) это не машины судного дня, не средства для вызова демонов из преисподней и даже не средство связи с рептилоидами, а всего лишь — дорогущие игрушки, в которых ученые гоняют свои частицы и иногда сталкивают. Как бы ни был далек обыватель от этих игрищ, как бы он не осуждал гранты, выдаваемые на постройку новых 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
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.