книги из ГПНТБ / Богуш А.А. Элементарные частицы
.pdf3lE/V\EHl>ipHblE
ЧАСТИЦЫ
|
□ |
□ |
□ |
о |
А |
Л |
Л |
|
CD |
CD |
|
ID |
|
<
А . Б О Г у Ш , Л . М О р О З
L U
и Зд а т е л ь с т в о
Н А У К А И Т Е Х Н И К А " • М И - Н С К » 1 9 6 6
УДК 53912 • |
Н ' |
/V
Физика элементарных частиц является одним из наиболее важных и интересных разделов современ ной физики и науки в целом. Развитие этой обла сти человеческого знания за последние годы-озна меновалось грандиозными открытиями, во многом изменившими наши представления о структуре материи. Открыто множество новых частиц с со вершенно неожиданными свойствами, сделаны первые успешные шаги по пути классификации элементарных частиц, по своему значению сравни мые с установлением периодического закона хими ческих элементов Д. И. Менделеева.
Цель настоящей брошюры — ознакомить читате ля с современным состоянием физики элементар ных частиц, помочь уяснить суть и значение по следних достижений в этой области, подвести к пониманию ее основных идей.
2-3-2
605-М66
ПЕРВОЕ ЗНАКОМСТВО
Учение об элементарных частицах, мельчайших крупицах материи, ле
жащей в основе всего сущего,— один из наиболее увлекательных и бурно развива ющихся разделов современной физики, со временной науки в целом. Изучение не обычно сложных и труднодоступных явле ний микромира, овладение сокровенными тайнами строения материи — большая, очень важная и чрезвычайно трудная проблема. Решение ее требует от исследо вателя титанического упорства, напря женного и самоотверженного труда. Здесь особенно ярко раскрываются изумитель ные творческие возможности человеческо го ума и рук, поразительная сила теоре тической мысли сочетается с виртуозным мастерством экспериментатора, владею щего самыми могучими, самыми совер шенными орудиями исследования, чудес ной экспериментальной техникой.
Сегодня научно-исследовательская ла боратория по изучению свойств и
природы элементарных частиц давно вы шла за рамки небольших тесных помеще ний и по своим масштабам скорее напо минает крупный современный завод.
Давайте совершим небольшую экскур сию по такой лаборатории. Перед нами громадное здание необычной формы. Здесь размещается главный «прибор» — мощный ускоритель частиц. «Большой машиной» с особой теплотой и гордостью называют его работающие здесь физики.
3
С волнением переступаем порог здания и сразу же в недоумении смущенно огляды ваемся: впереди сплошная металлическая сте на, какое-то непонятное нагромождение при чудливых конструкций. Выручает экскурсовод. Пользуясь временной передышкой машины, по многометровой лестнице карабкаемся вверх на расположенную у купола здания площадку. Отсюда с высоты открывается внушительное зрелище. Под нами во всей своей величавой красоте предстает гигантское сооружение. Поч ти всю площадь здания занимает стальное кольцо громадного электромагнита. Диаметр его 60 м, вес 36 тыс. т. Внутри надежно укры тая иод толщей стальной брони электромагни та гигантская кольцевая камера. В ее полости круг за кругом движутся мельчайшие невиди мые частицы — протоны. Дважды в течение каждого оборота мощные электромагнитные импульсы, подгоняя их, заставляют двигаться все быстрее и быстрее. Магнитное поле элек тромагнита (в десятки тысяч раз сильнее маг нитного поля Земли), непрерывно искривляя путь заряженных частиц, вынуждает их дви гаться по строго определенной замкнутой орбите внутри камеры. Не будь этого, все ча стицы сразу застряли бы в ее броне. Всех не прошенных гостей, мешающих движению уско ряемых частиц, беспощадно удаляют: внутри камеры постоянно поддерживается высокое разрежение, или, как говорят, высокий вакуум. Десятки мощных насосов, занимающих все подвальное помещение здания ускорителя, обеспечивают в огромной полости камеры не обычно низкое давление воздуха. Оно состав-
4
Примерно так выглядит гигантское кольцо синхрофазотрона — мощного ускорителя протонов
лист миллиардные доли обычного атмосфер
ного давления.
Неимоверные, космические расстояния пролетают здесь частицы. За время от момен та ввода частиц в камеру до их вывода, т. е. за один цикл, который длится немногим более 3 сек, протоны совершают около 5 млн. оборо тов. Точнее говоря, 4 500 000 оборотов по ок ружности длиной примерно в 100 м за 3,3 сек\ Путь, пройденный частицами внутри камеры,
почти в два раза больше |
расстояния от Зем |
|||
ли до Луны. |
из камеры |
частицы |
дости |
|
При выходе |
||||
гают скорости, |
близкой |
к |
скорости |
света. |
А ведь скорость света, равная 300 000 км в се кунду,— самая большая из возможных в при роде. Энергия протонов в камере «большой машины» за время цикла достигает громад ной величины— 10 000 000 000 электрон-вольт (эв), или 10 гпгаэлектрон-вольт (Гэв) *.
Мысли каждого из нас невольно обра щаются к тем, кто создал это чудо современ ной техники,— к ученым и инженерам, к тех никам и рабочим. Какое удивительное, непо стижимое сочетание огромных мощностей и масштабов с неимоверной прецизионной точ ностью расчетов изготовления и сборки ма шины! Ведь достаточно перекоса многотонных полюсов электромагнита в несколько милли метров, как ускоритель окажется бесполезной
* 1эв — это энергия, которую приобретает электрон, разгоняясь в электрическом поле с напряжением в 1 в,
а 1 Гэв = 1 000 000 000 эв.
6
грудой металла и разгоняемые в нем частицы не достигнут намеченной цели.
Покинув зал, где расположен ускоритель, мы попадаем в соседнее помещение. Здесь на ше внимание привлекают резкие периодически повторяющиеся звуки, напоминающие ору дийные выстрелы. Они возвещают о том, что частицы, разогнанные в ускорителе, достигли регистрационного пункта — пузырьковой ка меры. Разыгравшаяся в камере встреча этих частиц-снарядов с другими частицами стала зримой и запечатлена на фотопленке.
ЧАСТИЦЫ И ЖИЗНЬ
Конечно, не каждый фотоснимок при носит новое открытие. Сотни, тысячи, десятки и сотни тысяч снимков накапли ваются в течение многих недель и меся цев, а то и лет, прежде чем приходит от крытие. За каждым из кадров скрывается кропотливый, напряженный труд большой группы ученых, экспериментаторов и тео ретиков. На помощь привлекается авто матика, самые совершенные электронные
вычислительные машины.
Только побывав в такой лаборатории, можно себе отчетливо представить, сколь ко усилий и труда требует сегодня каж дая, пусть даже самая маленькая, победа па пути овладения секретами строения материи. Необычайно высока и стоимость этих исследований — она сравнима разве с затратами на работы по освоению кос моса. Только стоимость сооружения со временных гигантских ускорителей, рас считанных на десятки Гэв, обходится при мерно в 1 млн. долларов за каждый Гэв. Ежегодные расходы па эксплуатацию та кой машины оцениваются в 40% ее стои мости.
Новые открытия рождают новые идеи, требуют постановки новых опытов. Су ществующие мощности ускорителей, те энергии, которые они сообщают частицам, становятся уже недостаточными для вы полнения новых задач. Нужно строить но вые ускорители. И они, несмотря на боль шую стоимость, на нарастающие техни ческие трудности, строятся.
8
Мы с вами заглянули |
на синхрофазотрон |
|||
в приволжском городе физиков |
Дубне, |
где |
||
размещается Объединенный институт |
ядер- |
|||
иых |
исследований. Это :— крупнейший |
науч |
||
ный |
центр, где работают |
ученые |
социалисти |
|
ческих стран. Еще совсем недавно дубненский ускоритель на 10 Гэв был самым мощным в мире. Сегодня в Европейском центре ядерных исследований (ЦЕРН), в городе Жене ве, и в США, в городе Брукхевене, работают ускорители на 30 Гэв. В СССР, в подмосков ном городе Серпухове, строится еще более мощный ускоритель — на 70 Гэв. У нас и за рубежом обсуждаются проекты ускорителей на 300 и даже на 1000 Гэв. Одновременно раз рабатываются новые принципы работы уско рителей, совершенствуется техника регистра ции и обработки экспериментальных данных.
Фронт научных исследований по физике элементарных частиц становится Все шире и шире. Растет число научных центров, новы ми талантливыми силами пополняется много тысячная армия ученых, вступивших в борь бу за овладение тайнами микромира. Каждый день приносит новые данные, новые замеча тельные открытия. Непрерывно нарастающий поток научной информации, поступающей в виде множества книг и статей со всех концов мира, поистине захлестывает ученого, превра щает в сложнейшую проблему вопрос об ее переработке и усвоении. Все острее становит ся необходимость в быстрейшем обмене но выми научными ‘результатами, в тесных кон тактах и в непосредственном общении ученых различных городов и стран. Растет число со
9