Веревка вокруг Земли и другие сюрпризы науки

Но есть на Земле один маленький уголок, который породил сразу семь химических элементов. В 1794 году финский ученый Юхан Гадолин (1760–1852) обнаружил в каменоломне на шведском острове Ресарё химический элемент, который он назвал иттрий — в честь расположенной рядом деревни Иттербю. За последующие сто лет в той же самой каменоломне были найдены еще шесть элементов. Видимо, от недостатка воображения и давая тем самым повод для путаницы три из них назвали в честь все того же населенного пункта — тербий, эрбий и иттербий. Когда в конце XIX века в тех краях нашли новые элементы, химики наконец напрягли фантазию и назвали их гадолиний (в честь Юхана Гадолина), гольмий (от Holmia, латинского названия Стокгольма) и, наконец, тулий — от Туле, старинного латинского обозначения скандинавских стран.

Что ускоряет ускоритель частиц?

В английском языке ускоритель частиц называется «atom-smasher» — от слова «smash», что означает «крушение, столкновение». Многие обыватели, слыша это слово, представляют себе устройство, которое с огромной силой сталкивает атомы друг с другом, в результате чего они разваливаются и мы видим, что у них внутри. Во время экспериментов с ускорителем частиц и впрямь происходит нечто подобное. Атомы, а точнее, входящие в их состав частицы — электроны и протоны — в самом деле движутся друг навстречу другу на необычайно высокой скорости; они действительно сталкиваются; и эти столкновения, что греха таить, приводят к появлению целого ряда новых частиц, которых прежде в ускорителе не было и которые выделились «изнутри» атомов.

Представьте себе два двухэтажных автобуса, мчащихся навстречу друг другу на большой скорости. Столкнувшись, они рассыпаются на отдельные сиденья, двигатели, колеса, окна и — придется признать — пассажиров и водителей. Но в случае с ускорителями все выглядит совсем не так. Физики строят ускорители, чтобы получить столкновения частиц все больших и больших энергий и при этом создатьчастицы, которых раньше никто никогда не «видел». Результаты таких столкновений могут оказаться столь же поразительными, как если бы при аварии двух двухэтажных автобусов образовались бы белый «Форд Мондео», черный мотоцикл «Харлей Дэвидсон», электрическая кухонная плита, три деревянных обеденных стола, сотня чашек, шесть корзин с продуктами из супермаркета и тонна мела.

Вы спросите: почему так происходит? Если эксперимент проходит благополучно, столкновения происходят на такой скорости, что вся масса частиц преобразуется в энергию. Одно из важнейших открытий Эйнштейна заключается в том, что масса и энергия эквивалентны и, таким образом, одно можно «обменять» на другое. Его уравнение е=тс ²— это, вообще говоря, обменный курс, ну как обменный курс фунта стерлингов и доллара, который можно выразить формулой lb=$с ²,где с — это 1,25, и соответственно с ²— это 1,56, то есть вы можете обменять фунт стерлингов на 1,56 доллара. Обменяв на доллары 100 фунтов, вы можете затем обменять полученные 156 долларов на любую другую валюту, и уже совершенно не важно, что начинали вы с фунтов.

Так, первым результатом столкновения частиц становится исчезновение самих частиц, точно так же, как исчезают ваши фунты. Они заменяются всплеском энергии — или пачкой долларов. За этим событием немедленно следует преобразование энергии в частицы. Поскольку всплеск энергии не обладает «памятью» о частицах, изначально участвовавших в столкновении, он волен преобразовываться в абсолютно любые частицы, лишь бы только соблюдался «обменный курс» между энергией и массой. Если проводить этот эксперимент достаточно часто, то среди частиц, образовавшихся в результате столкновений и всплесков энергии, могут появляться новые типы частиц, которых вообще не существует в нашей с вами сегодняшней Вселенной. Вооруженные этим знанием, физики пытаются при помощи ускорителей частиц воссоздать условия, существовавшие в первые мгновения жизни Вселенной (см. главу «Вселенная — это вам не сарай»), когда, по их мнению, происходило то же самое: самые разнообразные частицы создавались и разрушались в результате колоссального всплеска энергии.

Увидеть нейтрино

Когда задумываешься, сколько денег и интеллектуальных усилий тратится на постройку ускорителей частиц (см. главу «Что ускоряет ускоритель частиц?»), чья единственная цель — выявлять мельчайшие частицы материи, может показаться удивительным, что одну из самых крошечных и легких частиц — нейтрино — может наблюдать каждый, у кого есть глаза. Да и одного глаза, в принципе, достаточно.