Мы ставим точку в нашем рассказе об ускорителях. Отрывок:
Наконец снова запущен большой коллайдер, и ученые обещают, что к концу
2012 года все увидят первые результаты его работы.
Из народного юмора.
После нашумевшего фильма «Код да Винчи» вышло его
продолжение – «Ангелы и демоны». Сюжет фильма закручен вокруг похищенного
антивещества, которое получили в Большом адронном коллайдере, и с помощью
которого похитители хотели взорвать Ватикан. Во многих фильмах-катастрофах
описываются события, произошедшие якобы после аварии на БАК. Так возможна ли
жизнь после Большого адронного коллайдера? Может ли БАК быть связан каким-то
образом с предсказанием 2012?
Чтобы выяснить это, ответим вначале на вопрос: «А зачем
вообще построили БАК?»
Продолжение истории ускорителей. В этой части вы сможете посмотреть уникальные фотографии, полученные из CERN.
Отрывок:
Вот мы и подошли к главному герою нашего рассказа – Большому
адронному коллайдеру. Для начала разберемся, что же такое коллайдер.
Если мы собираемся исследовать взаимодействие частиц, то не
обязательно направлять пучок в мишень. Можно попробовать столкнуть пучки лоб в
лоб. Идею реализовать не так просто, как кажется...
Все контакты внутри Большого адронного коллайдера скользящие
Как видно на фотографии... трубки
сделаны гафрироваными. Еще одна особенность – проводник в сверхпроводящем
магните...
А что если заставить частицы двигаться по окружности, а не
по спирали? В 1944 году Владимир Иосифович Векслер и несколько позже,
независимо от него американский физик Эдвин Маттисон Макмиллан открыли механизм
автофазировки. Идея заключалась в том, чтобы одновременно с изменением
направления электрического поля усиливать магнитное, причем таким образом,
чтобы радиус движения заряженной частицы не изменялся. Но так как движется не
одна частица, а пучок частиц, неизбежно как отставание в движении, так и
опережение...
Большие размеры высоковольных ускорителей не устраивали
практиков. Например, трудно применять столь громоздкие системы для лечения
онкологических заболеваний. Еще одна проблема – слишком высокие напряжения,
увеличивать которые было уже некуда. Проблемы удалось решить при помощи
переменного электрического поля, а также магнитного поля, которое заворачивало
частицы по окружности. В 1931 году Лоуренс впервые сконструировал циклический
ускоритель циклотрон.
В циклотроне используется резонансный метод, при котором
ускоренные частицы многократно проходят ускоряющий промежуток.
Резонансный метод можно использовать и в линейных ускорителях.
Еще в 1927 году норвежский физик Рольф Видероэ предложил схему линейного
синхронного ускорителя ионов.
Результаты экспериментов с разогнанными частицами превзошли
все ожидания ученых. Но для осуществления искусственных ядерных реакций
требовались частицы с все большей и большей энергией. Поэтому возникала
необходимость сверхвысоких напряжений для разгона частиц.
Преуспел в этом направлении Грегори Брейт, который в 1926
году приступил к разработке высоковольтного ускорителя в Институте Карнеги в
Вашингтоне. В качестве источника высокого напряжения он использовал
трансформатор Тесла. Для предотвращения электрического пробоя, Брейт поместил
его в масло под давлением в 200 атмосфер. Получив в итоге напряжение в 5
миллионов вольт, он не смог, однако его применить. Было установлено, что на
промежуток между электродами в вакууме нельзя подавать напряжение больше
400-500 тысяч вольт.
Тогда Уильям Дэвид Кулидж предложил каскадный принцип
ускорения частиц, когда общее напряжение делится не на два, а на несколько
электродов.
Следующий шаг сделал Ван де Грааф. В 1931 году он
сконструировал элетростатический генератор. Электрод заряжался
электростатическим способом до высокого напряжения. Во избежание стекания
заряда (как известно, заряд стекает к остриям), заряжающийся электрод делали в
форме полой сферы. Чем больше диаметр сферы, тем больший заряд она накапливала,
и тем более высоким было напряжение. В 1932-33 годах Ван де Грааф построил
двухполюсный генератор, состоящий из двух сфер с диаметром 4,5 метра каждая.
Одна сфера заряжалась положительно (2,4 миллион вольт), другая – отрицательно
(2,7 миллион вольт). Позднее обе сферы были объединены, а вторым полисом
служила Земля.
Гигантский двухполюсный генератор Вон де Граафа с диаметром
сфер 4,5 м (фото 1939 г.)
По вспышкам сверхновых можно определить, где еще во
Вселенной запускали адронные коллайдеры.
Из народного юмора.
Более ста лет назад в 1909 году Эрнест Резерфорд, Ганс
Гейгер и Эрнест Марсден провели эксперимент, который произвел настоящую
революцию в науке. Об этом эксперименте знают все, кто когда-нибудь изучал физику.
О нем написано и в учебном пособии для 11 класса по физике 2009 года (В.В.Жилкин,
Л.Г.Маркович) в § 33. Вот схема опыта,
приведенная в учебнике:
Схема экспериментальной установки Резерфорда (учебное пособие для 11
класса 2009 года)
Резерфорд с помощью свинцовой пушки направил пучок α-частиц
на тонкую золотую фольгу, в результате чего ему удалось доказать ядерное
строение атома. Правда, приведенная в учебнике схема, не дает ответ на вопрос,
как регистрировались частицы, отклоненные от первоначального направления на
угол 90˚ и больше.
