В поисках чуда

Спасательный круг, за который ухватился Лоуренс, — принцип автофазировки. Эта идея впервые сформулирована советским ученым В. И. Векслером в серии его статей, вышедших в 1944–1945 годах, и независимо от него американским физиком Э. Мак-Милланом.

Как пришпорили кентавра

«Циклоп» Лоуренса оказался слабосильным вот почему.

В нем протон или иной ион описывает Архимедову спираль. Трасса эта, похожая на пружину часового механизма, пролегает между двумя широкими и плоскими торцами (полюсами) постоянного магнита, поле которого, собственна, и закручивает ее в спираль. Протонная «карусель» организована в вакуумной камере внутри кожуха, напоминающего большую банку из-под гуталина, разрезанную надвое по диаметру. Обе половинки суть не что иное, как электроды (их называют дуантами). Между ними от края и до края проходит узкая щель. Раскручиваясь от центра «банки» к ее периферии, частица за один полный цикл дважды пересекает эту поперечную зону, причем во время первого полувитка она двигается через зазор в одну сторону, а в течение второго — в обратную, но электрическое поле тоже каждый раз меняет свое направление на противоположное, так что, когда частица пролетает через ускоряющий промежуток, оно всегда должно сопровождать ее бодрящим толчком в спину. Только вот всегда ли?

В соответствии с теорией относительности масса движущегося тела возрастает тем заметнее, чем ближе его скорость к световой, предельной — именно этот релятивистский эффект и сказался при переходе к большим энергиям. Утрачивая прежнюю легкость, частица становится менее поворотливой и уже не поспевает в урочный момент к тому участку, где ее должно подхлестнуть электрическое поле. Запоздав, она вместо подбадривающего толчка может встретить даже противодействие, тормозящее ее полет, — поле-то переменно! А нужно, чтобы периодичность, с какой она делает витки, равнялась частоте электромагнитного «погонялы» и оба колебательных процесса согласовались по фазе — четко «работали» в такт, совпадали по направлению. Как же сделать, ломали себе голову конструкторы, чтобы частицы не выбивались из ритма? Не подогнать ли к их нарастающим опозданиям расписание ударов электродного бича? Поначалу казалось: если постепенно увеличивать время между толчками, то все равно не удастся приспособиться к неаккуратному прибытию всех или даже большинства микротелец — нельзя же, право, для каждого из них подбирать свое удлинение периода!

Но при определенных условиях частицы сами будут дружно приспосабливаться к изменению частоты — к такому парадоксальному на первый взгляд выводу пришел Владимир Иосифович Векслер.

Пусть одна из спутниц отстала от своего роя и пожаловала к ускоряющей щели не в заданной фазе, так что получила вдогонку совсем слабый импульс. Значит, ее масса возрастет в меньшей степени, чем у остальных, и теперь уже начнут отставать от нее те, другие. Быстролетная странница, которая прежде плелась в хвосте, через несколько оборотов вырвется вперед и придет к зазору между дуантами раньше прочих. Если при этом разгоняющее поле наградит ее более чувствительным «тумаком», чем следующих за ней, она рано или поздно снова переместится из авангарда в арьергард.

Меняя темп, частицы будут колебаться около некой равновесной фазы. В результате такого саморегулирования вся «компания», невзирая на отдельные отклонения от общего правила, на некоторый внутренний разброд и даже отсев «отбившихся от стада», в среднем, в своем большинстве не утратит единства действий. Так что ее поведение (скажем, совместное отставание от первоначального расписания) может быть согласованным. И его удастся подчинить одному режиму, подобрав закон, по которому должна изменяться частота ускоряющего поля, — чтобы не нарушалась синхронность, согласованность во времени между круговращением всей «карусели» и толчками ее электрического «мотора».

Вскоре Лоуренс, усовершенствовав свое детище в соответствии с рекомендациями теоретиков, довел его мощность до 350 миллионов электрон-вольт. Проектная цифра оказалась превзойденной почти в шесть раз. Только прежнее устройство стало именоваться теперь синхроциклотроном, или фазотроном, ибо в нем частота на ускоряющем промежутке уже не оставалась постоянной, а регулировалась так, как того требовал новый режим. Через некоторое время все рекорды были побиты фазотроном в Дубне — чуть ли не 700 миллионов электрон-вольт!

В 1947, а затем и в 1949 году в Москве, в том же ФИАНе, появились сравнительно небольшие установки — первая на 30, вторая на 250 миллионов электрон-вольт. Созданные под руководством В. И. Векслера, они интересны тем, что в них периодичность электрического поля сохраняется одной и той же, зато напряженность магнитного меняется во времени. Их окрестили синхротронами. Если же варьируются оба параметра, получается «гибрид» — синхрофазотрон.

Таковым, например, является дубненский колосс. Он вступил в строй в апреле 1957 года. Во время его пуска у пульта управления стоял академик Векслер, воплотивший в замечательной советской машине свою идею автофазировки.