You might also like
Микрокосм таинственен и недоступен нашим чувствам. Единственный способ изучить его — это взаимодействие. Однако, чтобы преодолеть ядерные силы, удерживающие частицы в ядре, необходимо разогнать испускаемые частицы до экстремальных скоростей или, как говорят физики, придать им необходимую энергию. Для этой цели существуют ускорители частиц.
Быстрее, быстрее, быстрее.
Современные физики-экспериментаторы проводят эксперименты, как и столетия назад, чтобы изучить микромир и расширить свои знания о материи в целом. Однако из-за относительно низкой энергии частиц, испускаемых при физическом распаде радиоактивной материи, микромир можно исследовать только с помощью "частиц-зондов", ускоренных до очень высоких энергий. Для получения необходимой энергии требуются мощные электрические и магнитные поля. Для этого они строят машины огромных размеров и сложности — ускорители.
Давайте попробуем разобраться в структуре ускорителя.
Это известно из школьных уроков физики. Это происходит потому, что заряженные частицы ускоряются под действием электрической силы, когда они находятся между электродами с разными зарядами.
Это явление привело к идее создания линейных ускорителей в 1930-х годах.
Линейный ускоритель представляет собой длинную трубку, в которой поддерживается вакуум. Заряженные частицы движутся по прямой линии и непрерывно проходят через цепочку электродов. От специального генератора на электроды подается переменное напряжение, так что когда первый электрод заряжен, например, положительно, второй электрод заряжается отрицательно.
Как только он попадает в ускоритель из электронной "пушки", под действием потенциала первого положительного электрода пучок электронов начинает ускоряться и проходит через него. В то же время напряжение изменяется, и вновь положительно заряженный электрод становится отрицательным. Теперь она уже отталкивает электроны от себя. Тем временем второй электрод, который становится положительным, притягивает электроны в своем направлении и ускоряет их дальше. Поэтому частица ускоряется всякий раз, когда она оказывается в зазоре между соседними электродами.
Линейные ускорители позволяют увеличить энергию электронов от 1 до 10 гигаэлектронвольт (ГэВ). Из-за ограниченной длины линейные ускорители могут ускорять частицы только до определенных энергий, что приводит к необходимости разработки других типов ускорителей.
Чем глубже физики проникали в структуру ядра, тем более высокие энергии частиц требовались. Возникла необходимость в строительстве еще более мощных ускорителей — синхротронов и синхротронов, в которых частицы двигались по замкнутому кругу в кольцевой камере. Траектории частиц поддерживаются одна за другой рядом магнитных секций, расположенных вдоль кольца.
Максимальная энергия протона в современном синхрофазотроне составляет 500 ГэВ.
В поисках частицы бога
Сегодня в науке и технике широко используются ускорители заряженных частиц. Они оборудованы для получения пучков заряженных частиц с высокими энергиями от десятков килоэлектронвольт (кэВ) до нескольких тераэлектронвольт (ТэВ).
Крайним шагом на сегодняшний день стало создание коллайдеров с противоположными пучками, в которых два пучка частиц вращаются в противоположных направлениях и сталкиваются друг с другом. Идея была предложена и запатентована норвежским физиком Рольфом Видероэ в 1943 году, но реализована только в начале 1960-х годов.
И вот в 2008 году вступил в строй самый сильный из когда-либо построенных ускорителей — большой адронный ускоритель LHC с энергией протонов 7 ТэВ, расположенный в 27-километровом подземном циркуляционном тоннеле на границе Швейцарии и Франции. Физики надеялись, что результаты БАК приведут к новой революции в понимании глубинной структуры нашего мира.
4 июля 2012 года физики из Европейской организации ядерных исследований (ЦЕРН) официально объявили об открытии новой частицы, похожей на бозон Хиггса. The.
Бозон Хиггса — это фундаментальная частица, которая играет ключевую роль в понимании того, как сформировалась и эволюционировала Вселенная после большого взрыва, названного СО. Сама частица имеет множество почетных прозвищ: "тело Бога", "ангел творения" и "кирпич, построивший Вселенную". Можно сказать, что бозон Хиггса подхватывает частицы, которые движутся, и превращает их в материю.
Так что, проще говоря, бозон Хиггса придает массу всем, а может быть, и не всем, но многим другим фундаментальным частицам, позволяя им составлять Вселенную.
Основные области применения ускорителей относятся к различным областям науки и техники. Упомянем лишь некоторые из них. В медицине это лечение рака и радиология. В технике это создание полупроводниковых резервуаров, радиация, радиационные полимерные соединения и очистка сточных вод радиацией. Однако основное применение ускорители находят в ядерной физике и физике высоких энергий. Современные ускорители частиц являются важным источником информации для физиков, изучающих материю, энергию, пространство и время. В конце концов, большинство известных фундаментальных частиц не отвечают естественным образом на Земле и попадают в организм только с помощью ускорителей. Эти потребности фундаментальных частиц природы являются основной мотивацией для развития технологии ускорителей.
