Загадки микромира

«Но, говоря между нами, физиками-теоретиками, как мы используем результаты этих исследований? Никак. А может быть, результаты экспериментов принесут нам несколько идиотских сюрпризов, а какой-нибудь простак сумеет получить их теоретически из какого-то элементарного правила?»

Конечно, простак, о котором говорит физик-теоретик Р. Фейнман, был бы сродни гению, сумевшему понять особенность мира элементарных частиц по имеющимся сведениям. И в истории физики, и в истории других наук можно найти немало примеров, когда великие открытия делались только в результате нового подхода к известным фактам.

Сто лет назад немецкий коммерсант Г. Шлиман по-новому прочел известную всем с незапамятных времен «Илиаду» Гомера. Вопреки бытовавшим тогда мнениям он отнесся ко всем описываемым там событиям как к реально существовавшим. Скрупулезно следуя описаниям Гомера, Г. Шлиман откопал Трою и нашел сокровища царя Приама.

А выдающаяся археологическая находка, сделанная Г. Картером и лордом Карнарвоном в 1922 году! Они нашли гробницу Тутанхамона, буквально до отказа заполненную бесценными изделиями мастеров Древнего Египта, в Долине царей, давно перекопанной вдоль и поперек. Известные археологи того времени считали, что в долине невозможны никакие новые находки, потому что там не осталось ни одной песчинки, которую бы по меньшей мере трижды не переместили с одного места на другое. Однако по ранее найденным другими исследователями предметам с именем Тутанхамона и сосудов со свертками полотна Г. Картер и Карнарвон после ряда неудачных попыток наконец правильно установили предполагаемое место гробницы Тутанхамона, а затем и нашли ее.

Нечто аналогичное вполне может произойти и в физике высоких энергий. Когда?

Этого никто не знает.

Говорит Серпухов

За окном машины неожиданно возник и так же быстро пропал старинный русский город Серпухов. Еще десять минут езды — и перед нами город физиков Протвино, где в ночь на 14 октября 1967 года впервые заработал самый мощный в то время ускоритель элементарных частиц. Семьдесят миллиардов электрон-вольт энергии набирают протоны, мчащиеся в его кольцевой вакуумной камере длиной около полутора километров!

В кольцевом зале, скрытом от человеческих глаз и засыпанном землей для защиты от радиации, собран магнит ускорителя. С его помощью физики удерживают внутри ускорителя сотни миллиардов ядерных снарядов колоссальной энергии, скорость которых почти достигает скорости света.

Сто двадцать блоков, каждый длиной 11 метров, с общим весом около 30 тысяч тонн — вот главный «диспетчер», следящий за правильным движением протонов. Для сравнения скажем, что магнит Дубненского ускорителя на энергию в 10 миллиардов электрон-вольт (10 Гэв) вдвое тяжелее. Это объясняется тем, что «диспетчер» Серпуховского ускорителя более высокой «квалификации», так как использует принцип жесткой фокусировки частиц. Как хоккеист ведет шайбу, ударяя по ней клюшкой то справа, то слева и не давая шайбе уклониться от намеченного направления, так и магнит Серпуховской машины ведет ускоряемые им протоны по узенькой кольцевой дорожке шириной всего 16 сантиметров. Отсюда и происходит выигрыш в массе самого магнита.

Но такое отличное владение протоном возможно лишь при одном непременном условии: относительные отклонения значений магнитного поля от блока к блоку не должны превышать величины 10^–4 (одной десятитысячной).

Мы до сих пор восхищаемся искусством строителей пирамид Древнего Египта. Нас поражает мастерство древних каменотесов. Огромные блоки так тщательно пригнаны друг к другу, что между ними не вставить и листка бумаги. И все это уживалось с небрежностью отделки внутренних стен, сборки саркофагов — тех мест, которые никто не видит.

Здесь же, в ускорителе, не сделаешь небрежно то, что не видно: машина в противном случае просто не заработает. А ускоритель заработал сразу, с первого включения. Значит, строители добились отклонения значений магнитного поля у разных блоков меньше одной десятитысячной. Хотя известно, что даже сталь из разных плавок имеет несколько большее отличие в магнитных свойствах.

Каждый из 120 магнитных блоков собирался из тщательно перемешанных стальных листов толщиной 2 миллиметра, полученных из разных плавок. В результате магнитных измерений выбрали оптимальный вариант расстановки магнитных блоков по кольцу ускорителя. Для устойчивой работы все магнитные блоки весом по 240 тонн надо было установить с точностью до 100 микрон. Это проблема, которую даже представить себе трудно. Но и она была решена с помощью специальных геодезических методов.

В конце концов все трудности остались позади, и физики получили новый сверхмощный «микроскоп» для изучения микромира. На что же они должны были его направить?

Не надо забывать, что теория элементарных частиц, как дом на фундамент, опирается на несколько основных аксиом и постулатов, представляющих собой естественное обобщение квантовой механики и теории относительности. Поэтому и решено было с помощью нового «микроскопа» прежде всего проверить самые основы теории.