Охотники за частицами

…«Машина времени» останавливается. Видение исчезает. Я снова стою в главном зале синхрофазотрона…

Через несколько часов я уезжал из Дубны. Передо мной вновь мелькнуло и скрылось за частоколом сосен круглое приземистое здание величайшего «цирка» нашего века. Я думал о том, что покорение атомного мира человеком идет по неизбежному пути все большей концентрации энергии в небольших объемах.

Я думал о том, что машины, как и идеи, в наш век быстро стареют, а на смену им приходят новые замечательные машины и идеи. И я понял, что улыбка моего далекого потомка не будет высокомерной. Машины могут стареть, но никогда не устареет восхищение потомков непрестанным, трудным и вдохновенным восхождением предков!

На баррикадах

Все измерительные залы при крупнейших ускорителях мира похожи друг на друга, как, в общем, схожи и сами ускорители. Они появились на свет в глухую пору холодной войны, когда даже такие сугубо мирные вещи, как изучение частиц сверхбольших энергий, были скрыты за завесой секретности. В глазах людей, не очень искушенных в науке, физики, только что создавшие атомные и водородные бомбы, были окружены ореолом грозного величия. До войны изучение нейтронов тоже казалось предельно мирным занятием, а что из этого получилось!

Одними из первых бреши в стене надоевшей всем холодной войны пробили физики. Западные ученые стали бывать в Дубне, наши физики отправились за океан, в США, где в пятидесятые годы были построены такие же крупные ускорители. И что же? Оказалось, что всюду одинаковы и люди и ученые. И творческая мысль ученых шла по схожим путям.

Первое впечатление, когда попадаешь в измерительный зал, — как на баррикаде. После строгой и чинной чистоты главного зала ускорителя — теснота от огромных приборов, хаос проводов. В стене, на полу, на приборах — тяжелые брикеты бетона и свинца. Они-то и усиливают сходство с баррикадой, напоминая то ли булыжники, то ли мешки с песком. В защитной стене зала, обращенной к ускорителю, проделаны узкие бойницы. В бойницы уставились внимательные глаза счетчиков.

Проходит полчаса, и впечатление хаоса исчезает. Перестаешь пугаться сдвинутых плит в полу, под которыми открывается бездонный, скучный и безлюдный, словно преисподняя, подвал. Сами собой ноги перестают спотыкаться в путанице толстых и тонких проводов. И тогда становится понятным, что эта теснота — та самая теснота конвейера большого завода, где люди делают общее дело, не мешая при этом друг другу.

Мы уже рассказывали о том, что частицы выводятся из камеры ускорителя на небольшом ее участке. Включено поле — и спустя секунду мощный сгусток протонов обрушивается на мишень в камере. Тогда через тонкую латунную ее оболочку наружу вырываются миллиарды частиц и фотонов. Широким веером они разбрызгиваются по стенам зала — все эти нейтроны, мезоны, гипероны, гамма-кванты.

Но еще в главном зале на пути от ускорителя к бойницам можно было увидеть длинные блестящие трубы, четырехугольные каналы, словно обложенные подушками. Эти трубы и подушки — последние имеют название магнитных линз — служат одной цели. Они формируют пучки вторичных частиц для ввода их в соседний зал.

Первой в этом зале начинается сортировка. По пути пучка частиц располагается мощная неуклюжая туша электромагнита. Собранные в пучок частицы после прохождения через магнит снова распускаются веером.

Пучок неоднороден. В нем летят не только разные частицы, а и одинаковые частицы, но с разными скоростями. Прежде чем они попадут в прибор, физики должны отделить их друг от друга. Это делает магнит. Положительные и отрицательные частицы он сбивает в разные стороны от направления полета. Нейтральные же частицы и фотоны продолжают лететь в прежнем направлении. Но это еще не все. Тяжелые и быстрые частицы с большим количеством движения, или импульсом, боковой ветер магнита сбивает с пути слабее, чем медленные и легкие. Внешне это чем-то напоминает разложение белого света в цветную полосу спектра при пропускании его через стеклянную призму.

Такой спектр частиц каждого знака заряда и дает магнит.

Спектр импульсов, как говорят физики.

Теперь нужна вторая сортировка. Импульс, как известно, есть произведение массы частицы на ее скорость. Эту величину можно составить по-разному. Например, грубо говоря, одним и тем же импульсом будут обладать как протон, так и положительный пи-мезон, летящий в семь раз быстрее протона, и положительный ка-мезон, движущийся вдвое быстрее того же протона. И все они по выходе из магнита полетят в одном направлении.

Понятно, что магнит уже исчерпал свои возможности. Разные частицы, но с одинаковым импульсом, он рассортировать уже не может.

Вот на металлической штанге сидят две или три коробки. Это счетчики. А комбинация их называется уже знакомым вам словом — телескоп. Он просто выделяет частицы, летящие в данном направлении, из довольно-таки густого потока прочих частиц. Мы вспоминаем, что частица засчитывается, если практически мгновенно прошла через все счетчики телескопа.