PRO Антиматерию

Герш Будкер (1918–1977) – это российский ученый, основатель и первый директор Института ядерной физики. Он оставил после себя труды по ядерным реакторам, ускорителям, физике плазмы, физике частиц высоких энергий. Начинал с экспериментов на циклотроне, известен созданием ускорителей на встречных пучках. Метод встречных пучков используется для исследований по физике элементарных частиц

Следующим мы должны упомянуть Карло Руббиа. Он работал в ЦЕРН (какое-то время даже был генеральным директором) и предложил переделать один ускоритель, суперпротонный синхротрон, для столкновений протонов и антипротонов в одном и том же кольце. Предложенный Руббиа коллайдер начал работу в 1981 году, после чего в январе 1983 года появилось сообщение о том, что были зарегистрированы W-бозоны, а через несколько месяцев – также более неуловимые Z-бозоны.

По мнению Руббиа, для производства частиц W и Z требовалась совершенно новая техника – аннигиляторы высокой энергии между протонами и антипротонами. В теории было рассчитано, что при таких условиях возможно произвести не только электромагнитное излучение, свет, но и квантовые пучки, известные как W и Z, которые являются посредниками, переносящими слабые силы радиоактивности.

Самой большой проблемой стало укрощение антипротонов и успешное помещение их в суперпротонный синхротрон. Ее решил Симон Ван дер Меер, который получил Нобелевскую премию вместе с Карло Руббиа. В ЦЕРН построили небольшую машину под названием Аккумулятор (или накопитель) антипротонов, известную как АА. В ней аккумулировались антипротоны и охлаждались, превращаясь в управляемый пучок. Таким образом они сохранялись до тех пор, пока их не окажется достаточно, чтобы использовать. Вот тут и пригодились идеи Ван дер Меера. Электронные детекторы на противоположных сторонах кольца проводили мониторинг антипротонов в пучке – где они проходят. Сигнал шел в компьютер, который рассчитывал отклонение пучка и усилие, требуемое, чтобы лучше выровнять пучки; затем сигнал на скорости света отправлялся к электродам в дальней части кольца. Идея Ван дер Меера заключалась в том, что антипротонам требуется примерно на 50 % больше времени, чтобы пройти по полукругу, чем сигналу, срезающему путь по центру круга, а если кольцо достаточно большое, то для электроники останется время принятия решения и подачи инструкций, на основании которых начнут действовать ресиверы до того, как антипротоны, наконец, пройдут по дуге. За одну миллиардную долю секунды (или наносекунду) свет проходит одну треть метра (один фут). Это был по-швейцарски точный расчет времени – и буквально, и метафорически. Каждые две секунды из протонного синхротрона вылетали протоны, врезались в цель и производили антипротоны. Антипротоны заходили в Аккумулятор антипротонов, по одной партии за раз, там в течение двух секунд происходило охлаждение – до прибытия следующей партии.

Карло Руббиа (род. в 1934 году) – итальянский физик, лауреат Нобелевской премии по физике за решающий вклад в открытие квантов поля W и Z – переносчиков слабого взаимодействия, 1984

Аккумулятор антипротонов напоминал два кольца в одном, соединенных заслонками, которые можно закрывать и открывать. По внутреннему кольцу между заслонками циркулировали группы огражденных антипротонов, а снаружи, у заслонок, находились последние, только что прибывшие антипротоны, которые все еще пребывали в процессе охлаждения. Как раз перед следующим выбросом заслонки открывались, и антипротоны с внешнего кольца, теперь охлажденные, переходили на внутреннее. Затем заслонки закрывались, потом приходила следующая партия, процесс повторялся снова и снова.

Симон Ван дер Меер (1925–2011) – голландский инженер, изобретатель метода стохастического охлаждения пучков в ускорителях

После того как антипротоны оказывались на внутреннем кольце, электронные послания Ван дер Меера передавались по кольцу, и антипротоны охлаждались еще больше. Требовалось немного больше суток для накапливания и охлаждения ста миллиардов антипротонов. Уловка Ван дер Меера привела к мощным пучкам антипротонов с высокой энергией, которые могли использоваться в экспериментах.