Загадки микромира

Как же себе это представить? Может быть, это ускоритель без обычной мишени? А может быть, это ускоритель с мишенью, «раскрученной» до скорости света? Но тогда она превратится в такой же пучок ускоренных протонов. Так возникла идея ускорителя на встречных пучках.

Только не подумайте, что он состоит из двух ускорителей, стоящих напротив друг друга со скрещенными, словно рапиры, пучками. На самом деле это один и тот же ускоритель, который «накачивает» два металлических кольца, как велосипедные шины, летящими в противоположные стороны протонами.

Два переплетающихся кольца диаметром 300 метров — такова установка для встречных пучков, запущенная недавно в ЦЕРНе. Протоны, впрыснутые в кольца из обычного ускорителя с энергией 23 миллиарда электрон-вольт, взаимодействовали друг с другом как частицы с энергией в 50 раз большей — одна тысяча сто миллиардов электрон-вольт!

Ученые впервые наблюдали рассеяние протонов на протоне при такой недостижимой ни на каком классическом ускорителе энергии. Сложная система магнитов весом в 5000 тонн удерживала частицы на магнитной дорожке в камере длиною около 1000 метров и десять сантиметров в диаметре. Остается добавить, что все это устройство создавалось в течение 5 лет коллективом физиков, состоящим из 300 человек.

Но у новых ускорителей был один серьезный недостаток, свое слабое место. Ахиллесова пята таких ускорителей на встречных пучках — малая плотность подвижной мишени: второго пучка. Она в сотни миллионов миллиардов раз меньше плотности обычной неподвижной мишени. Вот почему ускорители эти начали строить недавно, хотя идея их создания известна уже давно.

«Столкнуть две частицы, — говорил академик Г. Будкер, — задача по сложности примерно такая же, как „устроить“ встречу двух стрел, одну из которых выпустил бы Робин Гуд с Земли, а вторую Вильгельм Телль с планеты, вращающейся вокруг Сириуса».

Физикам приходится добиваться того, чтобы пути частиц пересекались как можно чаще. Церновские кольца имеют такую геометрию, что протоны встречаются в восьми специальных участках.

В Институте ядерной физики Новосибирска под руководством академика Г. Будкера ведутся исследования встречных протон-антипротонных пучков. Строится установка, где будут встречаться протоны и антипротоны с энергией по 25 Гэв, что эквивалентно обычному ускорителю на 1200 Гэв. Скрестятся пути частиц материи и антиматерии. Есть надежда, что если кварки существуют и их масса не больше 25 масс протона, то они будут обнаружены.

«Сверхвысокие энергии — область только встречных пучков», — считает академик Г. Будкер. Поэтому уже сегодня физики Новосибирска обсуждают проект новой установки со встречными пучками протонов и антипротонов, соответствующей ускорителю с энергией 2 миллиона миллиардов электрон-вольт. Классический ускоритель на такую энергию имел бы диаметр земного шара, а его стоимость приблизилась бы к национальному доходу всей планеты.

Однако и ускорители на встречных пучках довольно сложные и громоздкие устройства. Да к тому же они связаны с обычным, классическим методом ускорения.

В 1956 году академик В. Векслер предложил совершенно новый способ ускорения элементарных частиц. До сих пор все машины рассчитывались на ускорение каждой отдельно взятой частицы. Хотя мы и говорим о пучке протонов, обсуждаем его плотность, но все эти протоны, бок о бок мчащиеся в вакуумной камере по магнитной дорожке, по сути дела, независимы друг от друга.

В. Векслер первый понял, что не нужно ускорять частицы по одной, что «вся сила — в коллективе». И высказал идею, которая показалась совершенно фантастической. Ее не поняли поначалу даже такие специалисты в области ускорителей, как Э. Лоуренс и Мак-Миллан.

Действительно, трудно представить, что можно ускорить, например, протоны электрическим полем, которое создается не внешними источниками, а сгустком электронов. Электроны с энергией всего в 1 Мэв уже движутся со скоростью, близкой к скорости света. Если же большой сгусток таких электронов захватит и увлечет за собой протоны, то через некоторое время их скорости сравняются. Но протоны в 2000 раз тяжелее электронов. Во столько же раз больше будет их энергия. Она достигнет нескольких миллиардов электрон-вольт.

Не исключено, что эта идея воплотится в новом методе получения специфических пучков частиц для исследований в ядерной физике.

Физика на расстоянии

В конце апреля 1953 года на съезде американского физического общества во время ленча в саду гостиницы познакомились два будущих лауреата Нобелевской премии — уже известный физик-экспериментатор Л. Альварец и никому не известный Д. Глазер очень сожалел, что никто не услышит его десятиминутного сообщения, потому что оно будет самым последним докладом на съезде.