Лента новостей

20:16
Что стоит за слухами об отмене наличных
20:14
В глубинах Земли творится нечто странное? Турбулентность внешнего ядра деформирует внутреннее: что это значит?
19:57
Макрон заявил о готовности к прямой конфронтации с Трампом
19:56
Китай существенно нарастил закупки титана в России
19:55
Украинцев выгоняют из стран ЕС, но возвращаться они не планируют, поэтому стране нужны мигранты
19:21
Почему невозможно создать материал с идеальными свойствами?
19:09
Америка прежде всего – проект нового мироустройства от США
19:05
OpenAI показала на Супербоуле рекламу за $14 млн, которую сгенерировала ИИ-модель Sora
19:02
Марин Ле Пен обвинила Урсулу фон дер Ляйен в неспособности вывести Евросоюз на курс развития
19:00
Президент Румынии на фоне угрозы импичмента подал в отставку
18:53
WP: дочь спецпосланника Трампа возглавляет фонд по поставкам помощи на Украину
18:10
Почти 50% украинцев готовы обменять запасы редкоземельных металлов на американское оружие
17:53
Война на Украине (10.02.25): обзор ситуации на фронте...
17:51
Летная программа российского самолета пятого поколения Су-57 на выставке Aero India 2025
17:42
Артиллерия тульского соединения ВДВ разбила пехоту ВСУ в курском приграничье
17:30
Час прагматиков
17:18
Азербайджан объявил Валуева персоной нон грата за его призыв заняться диаспорами после закрытия Русского дома в Баку
17:17
Дональд Трамп намерен стать покупателем и владельцем сектора Газа
17:16
В Казахстане новые автомобили Lada Aura продают на 600 тыс. рублей дешевле, чем в России
17:13
Китайский эсминец с роем дронов-убийц пережил нападение восьми американских кораблей в ходе жутких военных игр на тему третьей мировой войны
17:10
Британия превращается в гигантскую мусорную свалку, причём незаконную
16:26
МИД РФ: Отношения России и США находятся на грани разрыва
16:25
Пушков: лидеры Евросоюза хотят участвовать в переговорах по Украине для их срыва и затягивания конфликта
16:24
На Украине инициируют конфискацию месторождений полезных ископаемых у нынешних собственников для передачи США
16:23
Сводка Минобороны России о ходе проведения спецоперации по состоянию на 10 февраля
16:16
На фоне угрозы импичмента румынский президент анонсировал свой уход с должности
15:53
Неврологи связали головные боли с повышенным риском самоубийств 
15:33
Евросоюз пригрозил США ответными санкциями
15:32
Guardian: США стали источником риска, а не «оплотом стабильности»
14:44
Цены на газ в Европе достигли двухлетнего максимума
14:43
США отказались от полетных программ F-35 и F-16 на авиасалоне в Индии из-за Су-57
14:42
Зеленский ломает комедию перед Мюнхенской конференцией
14:41
На Украине начали отключать свет из-за похолодания и ударов по газовым месторождениям
14:40
Шольц и Мерц пока не видят перспектив Украины стать членом НАТО
14:33
В Казахстане придумали, как обвинить русских в «колонизации» с помощью фольклора
14:16
Принципы оригами радикально сокращают расход бетона и стали при строительстве
14:06
Вы неправильно варили яйца всю свою жизнь? Итальянские ученые изобрели периодическую варку – новый тренд для гурманов
13:52
Стало известно, сколько будет стоить спутниковая связь Starlink для обычных смартфонов в США
13:48
Явлинский предрек крах упований Украины на Запад
13:47
Уолтц заявил, что гарантии безопасности Украины будет обеспечивать Европа, а не США
13:46
В Кремле продолжают умалчивать о разговорах Путина и Трампа
13:45
Молдова выставила Приднестровью ряд требований для транзита газа из Венгрии
13:44
USAID финансировало миграцию киргизов из Киргизии в Россию
13:39
Европа на распутье. Одни не могут, другие не хотят
13:36
Politico: ЕС обсуждает планы по захвату нефтяных танкеров в Балтийском море
Все новости

Архив публикаций



Мировое обозрение»Технологии»Как мы заглянули внутрь атома? История о том, как ученые научились разгонять частицы

Как мы заглянули внутрь атома? История о том, как ученые научились разгонять частицы


Когда речь заходит о фундаментальных вопросах мироздания, таких как природа массы, состав таинственной тёмной материи или различие между материей и антиматерией, на передний план выходят ускорители частиц. Эти сложные машины, способные разгонять мельчайшие строительные блоки нашей Вселенной до колоссальных скоростей, — своего рода микроскопы, позволяющие заглянуть в самые глубины мироздания.

Начало пути: Атом оказался не так прост

В начале XX века учёные, вооружившись новыми знаниями и пытливым умом, начали понимать, что атом — не просто неделимая частица, а целый микрокосм, полный своих секретов. Дж. Дж. Томсон открыл электроны, крошечные, отрицательно заряженные «корпускулы», которые, как оказалось, являются составными частями атомов. А Эрнест Резерфорд установил, что атом имеет ядро, в котором сосредоточена почти вся его масса.

Ускорение частиц, вольная интерпретация
Автор: ИИ Copilot Designer//DALL·E 3 Источник: www.bing.com

Понимание строения атома открыло новую страницу в физике, но одновременно породило множество вопросов: как взаимодействуют частицы внутри атома, и какие ещё тайны он скрывает? Для ответа на них потребовалось нечто большее, чем просто наблюдение за природой. Так зародилась идея о создании искусственных устройств для ускорения частиц.

Первые шаги: Искусственное расщепление атома

Одним из первых значительных шагов в этом направлении стала разработка ускорителя частиц учениками Резерфорда — Джоном Кокрофтом и Эрнестом Уолтоном. В 1932 году они впервые в истории искусственно расщепили атом, разогнав протоны до высоких энергий и бомбардировав ими литий. Это изобретение открыло новую эру в физике — теперь учёные могли сами управлять субатомными частицами, а не полагаться лишь на естественные процессы. Так началась великая дружба между теорией и экспериментом, между ускорителями и физикой элементарных частиц.

Как работает ускоритель частиц?

Ускоритель частиц работает на довольно простом принципе: он использует электрические поля для ускорения заряженных частиц, таких как электроны или протоны. Магниты, в свою очередь, управляют движением частиц, направляя их пучок на мишень. Для предотвращения столкновений с молекулами воздуха, пучок частиц движется в вакууме.

Эволюция конструкций: от настольного циклотрона до синхротрона

Первые ускорители были довольно скромных размеров, способные поместиться на столе. Одним из таких устройств был циклотрон, разработанный Эрнестом Лоуренсом и его учеником М. Стэнли Ливингстоном. Эта машина разгоняла частицы по круговой траектории с помощью магнитов, при каждом обороте, давая им дополнительный импульс энергии.

Французский циклотрон, сделанный в Швейцарии в 1937 году
Автор: Edal Источник: commons.wikimedia.org

Однако, для достижения более высоких энергий, потребовались более мощные и сложные конструкции. Так, на смену циклотрону пришёл синхротрон. Эдвин Макмиллан предложил идею, которая легла в основу новой конструкции ускорителей. Он предложил менять магнитное поле в такт с ускоряемыми частицами. Это позволило удерживать пучок частиц в пределах кольцевой камеры, несмотря на то, что их энергия постоянно росла.

Новая глава: Космотрон и сильная фокусировка

Брукхейвенская национальная лаборатория в Нью-Йорке стала местом рождения Космотрона, первого протонного синхротрона, способного достигать невиданных ранее энергий. Однако физики не собирались останавливаться на достигнутом. Эрнест Курант и его коллеги предложили метод «сильной фокусировки», который заключался в чередовании магнитов для фокусирования пучка частиц по вертикали и горизонтали. Этот прорыв позволил строить более мощные ускорители с меньшими магнитами.

Завершена сборка магнитной системы Космотрона, 1950
Автор: ENERGY.GOV. HD.6B.450 Источник: commons.wikimedia.org
Вид на Космотрон из главной пультовой, 1952
Автор: ENERGY.GOV. HD.6B.438 Источник: commons.wikimedia.org
Большая наука и Большой адронный коллайдер

По мере развития физики элементарных частиц становилось ясно, что для достижения новых открытий требуются всё более масштабные и дорогостоящие проекты. Эрнест Лоуренс был одним из тех, кто понял необходимость объединения усилий научного сообщества и государственной поддержки. Так зародилась концепция «большой науки», которая привела к созданию таких грандиозных установок, как Большой адронный коллайдер (БАК) в ЦЕРНе.

Фрагмент БАК, сектор 3-4
Автор: Maximilien Brice, CERN. CERN Document Server Источник: commons.wikimedia.org

Этот гигантский ускоритель, расположенный в 27-километровом туннеле на границе Франции и Швейцарии, стал самым мощным инструментом для изучения фундаментальных законов природы. Именно на БАКе было обнаружено свидетельство существования бозона Хиггса, частицы, дающей массу другим частицам.

Карта, показывающая расположение Большого адронного коллайдера
Автор: Участники OpenStreetMap Источник: commons.wikimedia.org
Открытия и споры

Несмотря на впечатляющие успехи, ускорители частиц, и «большая наука» в целом, не всегда пользовались однозначной поддержкой. Были и остаются сомнения по поводу огромных затрат на фундаментальные исследования. В частности, в США был отменен проект Сверхпроводящего суперколлайдера, несмотря на уже вложенные средства. Это стало болезненным ударом для физиков-частичников, но одновременно дало толчок к поиску более практического применения ускорительных технологий.

Альтернативы и будущее

Сегодня, помимо физики высоких энергий, ускорители частиц находят широкое применение в медицине, материаловедении и других областях. Так, синхротронное излучение, производимое ускорителями, используется для изучения структуры различных материалов, от белков до древних артефактов.

Физики-частичники, тем временем, продолжают размышлять о том, каким должен быть ускоритель будущего. Одним из перспективных направлений является разработка плазменных ускорителей, которые, в отличие от своих гигантских предшественников, могут быть гораздо более компактными и экономичными.

История ускорителей частиц — это история неустанного человеческого стремления к познанию, к проникновению в тайны мироздания. От первых настольных установок до подземных гигантов, ускорители частиц продолжают раздвигать границы нашего понимания Вселенной, ставя перед нами новые вопросы и открывая новые горизонты.



Опубликовано: Мировое обозрение     Источник

Читайте нас:





Напишите ваш комментарий к статье:

Информация
Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.

Новости партнеров

Наверх