Ускоритель элементарных частиц

Ускоритель элементарных частиц (коллайдер) — точный физический прибор, служащий для испытаний элементарных частиц путем соударений. Несмотря на распространенное ложное мнение, ускорители элементарных частиц известны ещё в семнадцатом веке.

Историческая справка

Первый ускоритель сконструировали и построили в Нидерландах, в 1693 году, в мастерских каретного магната Антония Ван-Дер-Брюка. Разбогатевший на изготовлении карет магнат увлекался физикой и меценатствовал, выделяя деньги на перспективные проекты голландским учёным.

Ускоритель Ван-Дер-Брюка спроектировал некий монах (тогда наука была сосредоточена при монастырях), имя которого не сохранилось. Смонтированная в специальном здании установка использовала двенадцать ослов, расположенных внутри кольца направляющего жёлоба, для ускорения длинного коромысла, конец которого гибкой связью (вероятно, верёвка) соединялся с миниатюрной каретой, установленной в направляющем желобе, где была обустроена специальная перемычка-ответвление. Диаметр установки составлял тридцать семь метров.

Ослы, совершая под действием криков погонщика циркулярное движение, прикладывали к коромыслу совокупную силу, разгонявшую миниатюрную карету. Достаточная длина коромысла позволяла карете после нескольких десятков кругов развивать большие скорости. Как только карета разгонялась до нужной энергии, специальный лаборант передвигал перемычку-ответвление в кольцевом желобе, и карета устремлялась в небольшой прямой тупичок, в конце которого располагалась зона соударения. Предназначенные для испытаний в ускорителе Ван-Дер-Брюка элементарные частицы делились на две кучки. Одна засыпалась в миниатюрную карету, другая — в установленный внутри зоны соударения медный жбанчик, открытый с одного торца. При прохождении миниатюрной кареты в зоне соударения, срабатывал поворотный рычаг, выдвигающий ударный молоточек. Молоточек разрушал карету, при этом кучка элементарных частиц, в ней размещенная, повинуясь инерции, вылетала наружу и продолжала движение в направлении медного жбанчика. Другой конец поворотного рычага, после падения молоточка, вращал жбанчик, подставляя его открытый торец под поток разогнанных элементарных частиц из миниатюрной кареты. Происходило соударение.

Эксплуатация ускорителя Ван-Дер-Брюка оказалась сопряжена со множеством трудностей: карета нуждалась в стойкой к перегреву смазке, для чистоты эксперимента приходилось создавать совершенно одинаковые миниатюрные кареты, ослы постоянно спотыкались и производили массовые завалы, а монах-проектировщик неожиданно спился. Эти причины задержали развитие ускорительной техники на столетия. Сыграло свою роль и то, что в семнадцатом веке в качестве элементарных частиц были известны лишь обыкновенные песчинки. Никаких дроблений песчинок за пять лет эксплуатации ускорителя зафиксировать не удалось.

Позже, отказавшись от дальнейших исследований, первый ускоритель элементарных частиц переоборудовали в полигон для «краш-тестов» карет. (Таким образом, он стал не только родоначальником современных ускорителей, но и современных технологий испытания автомобилей.)

Современное состояние

С появлением электричества ускорители элементарных частиц вновь приобрели популярность. В 1920 году молодой Резерфорд (химик, однофамилец известного физика) сконструировал первый электрический ускоритель синхротронного типа. Вместо ослов использовалось вихревое электрическое поле, вместо кольцевого жёлоба — стальная труба, а вместо песчинок — микроскопические металлические шарики. В целом же схема ускорителя Резерфорда аналогична ускорителю Ван-Дер-Брюка. Первый же пуск нового ускорителя закончился открытием: от места соударения металлических шариков отлетели крупные цветные атомы, зафиксированные светопленочным детектором, смонтированным на базе лабораторного микроскопа.

Успех Резерфорда подтолкнул многие физические лаборатории к созданию своих ускорителей. Сперва развитие шло по пути совершенствования схемы ослового ускорителя Ван-Дер-Брюка, но в 1957 году японские учёные предложили схему линейного ускорителя. Возникшее разнообразие компановок еще более ускорило распространение ускорителей элементарных частиц.

С ростом мощностей, результаты соударений дали новые, многочисленные элементарные частицы, а в 1968 году специалисты из Франции догадались использовать вместо металлических шариков сами элементарные частицы, возникавшие от соударений шариков.

В 1973 году отказались от медного жбанчика, заменив его магнитной ловушкой. А уже в 1979 исключили и миниатюрную карету (все это время её форма бурно развивалась, некоторые образцы теперь можно увидеть в запасниках Политехнического музея в Москве).

Постепенно ускорители приобрели законченную бездушную форму: теперь в них использовались только электромагнитные силы, ферритовые каподастеры и тороидальные криотопы.

А в 2021 голу, в связи с победой концепции упрощения технологий и экономии электричества металлов и кислорода, ускорители стали виртуальными. По благословению духовного форума «Стоп, Апокалипсис!» окончательно переведены из технического обеспечения на баланс гуманитарных наук — теперь ускоритель действительно стал элементарным, поскольку работать с ним удалённо через Сеть способен даже школьник-младшеклассник, сталкивая частицы «ни» и «не».