Зачем нужен ускоритель

Ускоритель — это самый «зоркий» микроскоп, который есть в распоряжении ученых. Он позволяет увидеть самые маленькие детали строения вещества, которые нельзя различить никакими другими способами.

Когда мы рассматриваем что-то в обычный микроскоп, мы освещаем предмет и наблюдаем его в рассеянном свете. Но у микроскопа есть физическое ограничение: в него нельзя увидеть объекты размером меньше длины световой волны. Для видимого света это примерно полмикрона (1 мкм = 10–6 м).

Зачем нужен ускоритель
В обычный оптический микроскоп (слева) можно увидеть лишь предметы крупнее микрона. На фото справа: древние бактерии, сохранившиеся в кристалле соли. Фото с сайта www.wcupa.edu/abi/

Более мелкие объекты позволяет различить электронная микроскопия: вместо света предмет «освещают» пучком электронов и смотрят, как они рассеиваются. Чем больше энергия электронов, тем меньше, согласно законам квантовой механики, их длина волны, а значит, мельче детали, которые можно увидеть. Электроны с энергией в несколько килоэлектронвольт позволяют «разглядеть» отдельные крупные молекулы, атомное ядро «видно» на ускорителе при энергии электронов в сотни мегаэлектронвольт, а структуру протона можно изучать, лишь достигнув энергии около 1 ГэВ.

Зачем нужен ускоритель
Более мелкие объекты — вплоть до отдельных атомов — видно в электронный микроскоп (на фото слева). Справа — многостенная углеродная нанотрубка. Фото с сайта www.weizmann.ac.il

До этого физики изучали свойства тех частиц, из которых непосредственно сложен наш мир, — электронов, протонов, нейтронов. Но превысив энергию в 1 ГэВ, физики открыли новую, неведомую ранее грань нашего мира. Протоны и нейтроны стали разрушаться, и в столкновениях рождались и распадались новые нестабильные частицы. Чем выше была энергия, тем более тяжелые и удивительные появлялись частицы.

Последовали десятилетия исследований, и постепенно выяснилось, что понять наш мир, изучая только электроны, протоны и нейтроны, — нельзя. Многие из этих нестабильных частиц — вовсе не «лишние»; оказалось, что они определяют строение нашего «обычного» мира. Роль других частиц предстоит выяснить в будущем; возможно, их наличие — отголосок какой-то глубинной симметрии нашего мира, которую физики еще не нащупали.

Новые ускорители сейчас строятся именно для того, чтобы подробнее изучить свойства тяжелых нестабильных частиц. Например, главная задача ускорителя LHC (Large Hadron Collider, Большой адронный коллайдер), тестовая эксплуатация которого началась в сентябре 2008 года в Европейской ядерной лаборатории в ЦЕРНе, — попытаться родить и изучить свойства бозона Хиггса и суперсимметричных частиц. Это будет чрезвычайно важным шагом вперед в понимании устройства нашего мира.

Далее: Единицы измерения расстояний, энергий и масс


0
Написать комментарий

    Элементы

    © 2005-2017 «Элементы»