Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2008 № 10
Мы все еще довольно мало знаем об устройстве окружающего нас мира, считает профессор. Помните, древние греки полагали, что все объекты состоят из атомов, что в переводе с греческого означает «неделимый».
Со временем выяснилось, что сами атомы имеют довольно сложное устройство — состоят из электронов, протонов и нейтронов. А они, в свою очередь, могут делиться на ряд частиц. Поначалу их опрометчиво назвали элементарными. Однако к настоящему времени стало понятно, что и многие из этих, так называемых элементарных, частиц могут в свою очередь делиться…
«В общем, когда теоретики попытались свести все полученные знания в рамки общепринятой стандартной модели, оказалось, что центральным ее звеном, по некоторым данным, являются хиггс-бозоны», — говорит профессор Арефьева.
Загадочная частица получила свое название по имени профессора Питера Хиггса из Эдинбургского университета.
Еще в 60-е годы прошлого столетия П. Хиггс предположил, что Вселенная вовсе не пуста, как нам кажется. Все ее пространство заполнено некой тягучей субстанцией, через которую осуществляется, например, гравитационное взаимодействие между небесными телами, начиная от частиц, атомов и молекул и кончая планетами, звездами и галактиками.
По такому сложному пути придется пройти микрочастицам.
Упрощая, можно сказать, что П. Хиггс предложил вернуться к идее «всемирного эфира», которая однажды была уж отвергнута. И сейчас принято считать, что именно это силовое поле придает ядерным частицам массу. А их взаимное притяжение обеспечивается носителем гравитации, который вначале было назвали гравитоном, а теперь — хиггс-бозоном.
В 2000 году физикам показалось, что они наконец «поймали» бозон Хиггса. Однако серия экспериментов, предпринятых для проверки первого эксперимента, показала, что бозон снова ускользнул. Тем не менее, ученые уверены, что частица все-таки существует. И чтобы доказать ее существование, нужны более надежные ловушки и еще более мощные ускорители. Один из самых грандиозных приборов человечества всеобщими усилиями ныне создан в Европейском центре ядерных исследований близ Женевы.
Возможны неожиданности
Впрочем, ловят бозон Хиггса не только для того, чтобы убедиться в справедливости предположения П. Хиггса. «Традиционная теория говорит о том, что мы живем в четырех мерном мире — три пространственные координаты плюс время, — продолжила свой рассказ профессор И.Я. Арефьева. — Но есть гипотезы, предполагающие, что на самом деле измерений шесть, десять, а то и больше. В этих измерениях сила гравитации может быть существенно выше, чем привычное нам «g». А гравитация, согласно уравнениям Эйнштейна, может влиять на течение времени. Отсюда и возникла гипотеза о «машине времени». Но если даже она и существует, то в течение очень короткого времени и в очень малом объеме»…
Столь же экзотична, по мнению Ирины Ярославовны, и гипотеза об образовании при столкновении встречных пучков миниатюрных черных дыр. Если они и образуются, то время жизни их столь ничтожно, что их будет чрезвычайно трудно просто обнаружить. Разве что по косвенным признакам, да и то уже после того, как сама дыра исчезнет.
Словом, реакции, по некоторым расчетам, будут происходить в объеме всего лишь 10-20 куб. см и настолько быстро, что экспериментаторам придется немало поломать головы, чтобы суметь получить данные и затем соответствующим образом их интерпретировать.
Первые испытания, скорее всего, состоятся осенью, в конце сентября — начале октября. Это будут прежде всего наладочные пуски. Примерно полгода понадобится, чтобы отладить, настроить все оборудование. И лишь после этого исследователи приступят к первым экспериментам. По мере накопления данных их передадут для анализа теоретикам. «Так что реально первых результатов от запуска ВАКа можно будет ожидать где-то лишь через год», — сказала в заключение своего рассказа профессор Арефьева.
Публикацию подготовил С. НИКОЛАЕВ
Монтаж оборудования БАКа уже заканчивается.
P.S. Пока статья готовилась к печати, произошло знаменательное событие: состоялся первый пробный пуск БАКа. Как вы теперь сами знаете, все остались живы и ничего страшного не произошло. Работы продолжаются…
Кстати…
МЕЧТЫ О БУДУЩЕМ
БАК еще не начал работать, а ученые уже мечтают о строительстве гигантского ускорителя частиц следующего поколения — Международного линейного коллайдера (International Linear Collider, ILC). Во всяком случае, вот что пишут по этому поводу Барри Бэриш, заслуженный профессор Калифорнийского технологического института, и его коллеги — Николас Уокер, специалист в области физики ускорителей из Гамбурга, и Хитоши Ямамото, профессор физики в университете Тохоку в Японии.
«Конструкторы ILC уже определили основные параметры будущего коллайдера, — сообщают ученые. — Его длина около 31 км; основную часть займут два сверхпроводящих линейных ускорителя, которые обеспечат электрон-позитронные столкновения с энергией 500 ГэВ.
Пять раз в секунду ILC будет генерировать, ускорять и сталкивать почти 3000 электронных и позитронных сгустков в импульсе длительностью 1 мс, что соответствует мощности 10 МВт для каждого пучка. КПД установки составит около 20 %, следовательно, полная мощность, которая понадобится ILC для ускорения частиц, составит почти 100 МВт*.
Для создания пучка электронов мишень из арсенида галлия будут облучать лазером; при этом в каждом импульсе из нее будут выбиваться миллиарды электронов. Эти электроны сразу будут ускорены до 5 ГэВ в коротком линейном сверхпроводящем ускорителе, а затем инжектированы в 6,7-километровое накопительное кольцо, расположенное в центре комплекса. Двигаясь в кольце, электроны будут генерировать синхротронное излучение, и сгустки сожмутся, что увеличит плотность заряда и интенсивность пучка.
На середине пути при энергии 150 МэВ электронные сгустки будут слегка отклонены и направлены в специальный магнит, так называемый ондулятор, где некоторая часть их энергии преобразуется в гамма-излучение. Гамма-фотоны попадут на мишень из титанового сплава, вращающуюся со скоростью около 1000 оборотов в минуту. При этом образуется множество электрон-позитронных пар. Позитроны будут захвачены, ускорены до 5 ГэВ, после чего попадут в другое сжимающее кольцо и, наконец, во второй главный линейный сверхпроводящий ускоритель на противоположном конце ЛC.
Когда энергия электронов и позитронов достигнет конечной величины в 250 ГэВ, они устремятся к точке столкновения. После столкновения продукты реакции будут направляться в ловушки, где их зафиксируют.
Несмотря на то что команда ILC уже выбрала общую концепцию коллайдера, предстоит большая работа по ее детализации. Кроме того, есть еще и ряд нерешенных теоретических проблем. Так что когда БАК начнет выдавать данные по протон-протонным столкновениям, полученные результаты будут использованы и для оптимизации конструкции ILC.
Предполагается, что создание коллайдера нового поколения будет вестись сообща учеными всего мира. Но пока даже не известно, где будет расположен ILC — в Европе, США или в Японии.
У ВОИНА НА ВООРУЖЕНИИ
«Окно» в небо
Мы уже привыкли к тому, что радары видят дальше, чем самые совершенные бинокли и подзорные трубы. Однако, видимо, не случайно в астрономии наряду с радиотелескопами продолжают работать и обычные, оптические. Опыт астрономов оказался полезным и в военном деле.
В современных локальных конфликтах военные все чаще применяют высокоточное оружие, обладающее наибольшей эффективностью. Однако, чтобы крылатая ракета или «умная» управляемая бомба попали точно в цель, необходимо, чтобы самонаводящаяся головка ее опознала. То есть, говоря иначе, нужно иметь точную карту данного участка местности, учитывающую самые последние изменения.
Такие данные можно получить с помощью спутника, на борту которого установлена соответствующая картографическая аппаратура. Вот и получается, что такой спутник опаснее множества ракет.
И если какое-либо государство начинает перегруппировку своих космических средств или выводит на орбиту новые аппараты, то не исключено, что оно готовится к военным действиям в определенном районе. По крайней мере, именно так происходило во всех локальных конфликтах последних десятилетий.
Российский оптико-электронный комплекс «Окно» в состоянии не только все это увидеть, но и определить регион, подвергающийся наиболее детальному изучению.
Выглядит этот комплекс довольно своеобразно. На первый взгляд он очень похож на астрономическую обсерваторию. И это не случайно. В его составе тоже есть телескопы. Причем настолько мощные, что способны на расстоянии в 40 000 км рассмотреть все детали того или иного объекта размером около 1 м.
