Техника - молодёжи 1990-06, страница 37

коления, работающих на так называемом попутном принципе. Согласно расчетам, подобный ускоритель длиной 10 км будет эквивалентен кольцевому с тоннелем протяженностью до 150.км! Названный принцип предложен более десяти лет назад, но лишь недавно его удалось реализовать практически.

В обычных ускорителях заряженные частицы разгоняются с помощью так называемых высокочастотных резонаторов — большого числа последовательно расположенных положительных и отрицательных электродов. Если с высокой частотой менять полярность напряжения на них, строго соблюдая фа-зировку, создается бегущая волна. Введенная в резонатор частица разгоняется на гребне этой волны до околосветовой скорости. А так как ничто не может двигаться быстрее света, по мере приближения к ней частица набирает уже не столько скорость, сколько массу, и становится достаточно тяжелым снарядом, пригодным для экспериментов по соударению. Высокочастотные резонаторы могут применяться и непосредственно в кольцевых системах (так строится, например, Техасский сверхускоритель).

В установках попутного поля разгон частиц идет по иному принципу. Если вслед мощному потоку электронов с отставанием в ничтожную долю секунды в ту же сторону выстрелить меньший поток, то он «подтягивается» полем первого пучка, сдобно велосипедист в гонке за лидером — мотоциклом. Важно то, что первый пучок содержит много электронов, а второй, догоняющий,— значительно меньше: Поэтому каждый попутный электрон приобретает гораздо больше энергии, чем теряет каждый лидирующий. Спустя короткое время первый пучок растрачивает энергию и отводится в сторону, а его место занимает свежий заряд, который придает разгоняемым электронам новый импульс.

Такая многоступенчатая система буксирования была недавно испытана в Аргонской национальной лаборатории, правда, пока лишь в маломасштабных экспериментах. Исследователи еще не до конца уверены, смогут ли они реализовать такую «эстафетную систему» на достаточно крупных установках — уж слишком точно надо синхронизировать процесс.

Сюрприз природы, или

Конец света с точки зрения науки

Впрочем, если даже все меры экономии не остановят катастрофического роста затрат на ускорители, ученые не собираются падать духом. Недавно начали обсуждаться идеи использования частиц с энергией... страшно сказать — до 10¹² ГэВ! Ведь в самых мощных се-годняшних установках этот параметр не превышает порядка 10³ ГэВ, то есть •в миллиард раз меньше. Мало того: ра

бота новых суперускорителей не будет стоить ни копейки! Дело в том, что они — природные.

Об источниках частиц сверхвысоких энергий во Вселенной исследователи подозревали уже давно. В космических лучах, падающих на Землю, им удавалось обнаружить и таких «пришельцев». А раз они существуют, значит, есть и ускорители, которые разгоняют их.

И вот первый из небесных ускорителей обнаружен. Это Лебедь Х-3 — объект, уникальный как по мощности электромагнитного излучения буквально во всех диапазонах, так и по своему поведению. Его природа пока не выяснена, но на этот счет имеется несколько гипотез.

Согласно наиболее популярной, Лебедь Х-3 — это молодой пульсар, то есть быстро вращающаяся система двух массивных звезд, одна из которых — нейтронная с колоссальным магнитным полем в триллионы гаусс. Именно в нем и ускоряются заряженные частицы, излучая гамма-кванты сверхвысоких энергий, которые порождают в земной атмосфере целые «ливни» различных частиц.

Но по многим соображениям гамма-кванты в таком количестве не могут излучаться самим пульсаром. И тогда, может быть, летит к нам от Лебедя невесть что, уже по дороге превращаясь в гамма-кванты? Одна из гипотез без всяких околичностей заявляет: первичный поток частиц, исходящий от Лебедя,— это стабильная кварковая материя. Для формирования такой материи элементарные частицы должны распасться на кварки, а те — «склеиться» в нечто единое при очень высоких температурах и давлениях. На Лебеде нужные условия, кажется, есть. Согласно теоретическим выкладкам легче всего могли бы «склеиваться» так называемые странные кварки, образуя нейтральные долгоживущие системы. (Напомним, что эти кварки принадлежат ко второму «поколению» элементарных частиц, тогда как кварки, из которых сложены наши обычные протоны и нейтроны, относятся вместе с электронами к первому «поколению».)

Исходя из этого, в Институте ядерной физики СО АН СССР предположили, что вторая звезда Лебедя Х-3, возможно, состоит из странных кварков и к Земле летят осколки «странной материи», превращаясь в гамма-кванты уже по дороге.

Но профессор университета штата Техас Ф. Клоуз пошел еще дальше, допустив, что в виде странных частиц вообще существует основная часть материи Вселенной. Они и составляют знаменитую и до сих пор не обнаруженную скрытую массу. То есть именно странная материя является самой распространенной в космосе.

Но не отвлеклись ли мы от темы? Как раз наоборот! Высказанные гипотезы остались бы чисто теоретическими спекуляциями, если бы физики не

имели инструментов, позволяющих даже такие безумные Предположения проверить на практике. И эти инструменты, как вы наверняка догадались,— мощные ускорители. В ходе экспериментов на супер протонном ускорителе ЦЕРНа исследователи разгоняли и сталкивали со свинцовыми и урановыми мишенями ядра таких сравнительно тяжелых элементов, как кальций и сера. Идея состояла в том, что при столкновении столь массивных ядер на, огромных скоростях все их протоны и нейтроны должны распадаться на кварки, из которых образуется нечто вроде клейкого «супа». Если гипотетическая странная материя действительно устойчива, то в нем должно появляться все больше странных частиц, затем возникают целые их скопления, которые в конце концов, перейдя определенный энергетический барьер, могут стать стабильными.

Многие газеты на Западе быстро подхватили эту информацию, появившуюся в статье журнала «Нейчер». Одни заговорили о новом источнике энергии, так сказать, о «странном топливе», которое наконец облагодетельствует человечество. Зато другие начали бдительно предупреждать о... конце света; от странной материи, дескать, можно ожидать и самых ужасных странностей.

По мнению Клоуза, вероятность того, что гипотетическая материя даст нам энергию вместо управляемой термоядерной реакции, которую уже устали ждать, весьма мала. «Но конечно,— продолжает он,— не следует забывать, что более 50 лет назад Резерфорд — джентльмен, намного более известный, чем я,— назвал идею об извлечении энергии из атомных ядер полной чепухой. А ведь сегодня мы прекрасно знаем, что он ошибся...»

Ну а как с концом света? Имеется в виду, что если странная материя действительно устойчивее обычной, то рано или поздно вся материя Вселенной может перейти в эту форму (собственно, она почти вся уже и перешла в нее!). Конечно, человечество не вынесет такого переворота. Но похоже, что у нас есть довольно высокие шансы уцелеть. Как показывают исследования на сверхмощных ускорителях, и странные и обычные частицы, как правило, имеют одинаковый электрический заряд, то есть они будут взаимно отталкиваться и не смогут взаимодействовать друг с другом. А значит, конец света пока отменяется.

...Итак, «погремушки» ученых, пожалуй, не столь уж бесполезны — даже практически. И миллиарды франков, долларов и рублей все-таки тратятся не зря. А физики обещают, что при освоении энергии в 10¹⁵ ГэВ нашему взору должна открыться «качественно новая картина мироздания», описать которую сегодня не под силу самому прозорливому и смелому фантасту.

3*

35