Техника - молодёжи 2004-07, страница 32

т о

S С I

В ПОИСКАХ

Физика за последние сто лет прошла долгий путь, пытаясь нарисовать картину окружающего нас мира. Материалом для строительства ВСЕГО сначала считали атомы, за этим последовало разделение атома на все меньшие и меньшие составные части.

В начале прошлого века в британской лаборатории Дж. Томсона был открыт электрон. Спустя несколько десятилетий, последовал черед протона и нейтрона. Эти частицы соединяются друг с другом в различных комбинациях, образуя все 118 элементов таблицы Менделеева.

Но выяснилось, что существуют гораздо более сложные структуры, чем образуемые протоном, нейтроном и электроном. В 1929 г. Эрнст 0. Лоуренс создал первый круговой ускоритель частиц. В восторге от своего нового изобретения Лоуренс сразу же употребил его для исследования субатомного пространства. Ученые быстро обнаружили новые частицы. Некоторые из них, такие как мюон, были родственными электрону. Другие, например, кварк, оказались составными частями протонов и нейтронов. Вновь открытые частицы вызвали во всем научном мире страстное желание обнаружить что-нибудь еще, и физики начали конструировать все большие по размеру ускорители для исследования глубин субатомного пространства.

Как итог всего достигнутого мировой наукой в области физики, учеными была разработана теория, названная Стандартной моделью, не устаревшая и по сей день. Она дает перечисление всех фундаментальных составляющих Вселенной и описывает законы,которые управляют их взаимодействием друг с другом.

Стандартная модель вмещает все познания о составных частях Вселенной. Свод ее формулировок легко уместился бы на одной стороне футбольной майки. Впрочем, это именно та краткость, простота и порядок, которые так ценят физики.

Лаборатория им. Э. Ферми (чаще называемая Фермилаб) в Батавии под Чикаго (штат Иллинойс, США) и ЦЕРН (Европейский Центр Ядерных Исследований, расположенный недалеко от Женевы) на протяжении многих лет с переменным успехом лидируют в мире физических открытий. ЦЕРН был создан в 1957 г., Фермилаб — в 1972 г. По сей день идет соперничество этих двух научных городов в стремлении открыть все до последней частицы, предсказанные Стандартной моделью. Так, Ь-кварк открыт в Фермилаб в 1977 г. W-бозон и Z-бозон, отвечающие за слабое взаимодействие, соединяющее частицы в ядре атома, открыты в ЦЕРНе в 1983 г. В 1975 г. в Фермилаб был открыт последний кварк — t-кварк, в 175 раз тяжелее протона. Tay-нейтриноТ, последнее из трех известных видов, открыто в Фермилаб в 2000 г. Общий счет Фермилаб : ЦЕРН-3:2...

«То, к чему сводится этот хаотический

мир, — всего лишь несколько простеиших вещей», — утверждает Гарри Уиртс, специалист по экспериментальной физике из Фермилаб. А так ли это?

ТЕМНЫЕ ПЯТНА В КАРТИНЕ ВСЕЛЕННОЙ

За последние 30 лет эксперименты и теоретические разработки привели к пониманию многих свойств элементарных частиц вещества и сил, действующих между ними. Однако такая фундаментальная проблема, как механизм возникновения масс частиц, остается открытой. Вся материя, доступная наблюдению в настоящее время, составляет всего лишь 10% от полной массы Вселенной, а из чего состоит остальное, мы не знаем! Предполагается, что частицы приобретают свои массы за счет взаимодействия с... частицей, названной бозоном Хиггса. Ее еще только предстоит открыть, но если хиггсовские бозоны не будут экспериментально обнаружены, придется

..т. Л

щж

неитрино

пересмотреть все известные представления о Вселенной.

Сейчас есть предположения, что скрытая масса Вселенной состоит из неких частиц — гравитино, предсказываемых новой теорией суперсимметрии SUSY Та же теория предсказывает целый ряд частиц, из которых состоят кварки и лептоны (есть подозрения, что и они — не фундаментальные).

Тот же вопрос о массе закрался и в наши представления о нейтрино. По Стандартной модели нейтрино — нейтральная частица с нулевой массой. Наличие даже ничтожной массы у нейтрино означает наступление новой эры в нашем понимании микро- и макромира и влечет за собой существенный пересмотр современной теории элементарных частиц.

На сегодняшний день учеными открыты три типа нейтрино: Ve, Уц и Vt. Они играют важную роль в образование энергии в звездах и взрывах сверхновых. За последние пять лет экспериментально доказано, что нейтрино имеют массу и во время движения могут менять свой тип. Физики пытаются «взвесить» нейтрино на протяжении уже нескольких десятилетий, и направленные на это эксперименты относятся к числу самых трудоемких и дорогостоящих.

ПУТЬ ДОЛЖЕН САМ ОТКРЫТЬСЯ В ЭТОЙ ТЕМНОТЕ...

Нейтрино — исключительно слабо взаимодействующая частица и может пересечь весь земной шар без единого взаимодействия. С одной

стороны, этот факт помогает экспериментаторам рассчитывать с высокой точностью потоки нейтрино, проходящие многие тысячи и даже миллионы километров. С другой — это делает нейтрино частицей, наиболее трудной для наблюдения, и заставляет строить детекторы огромной массы, иногда достигающие несколько десятков тысяч тонн.

Сегодня на стадии подготовки находятся два эксперимента. Поток нейтрино, проходя через слои железа и земли, будет очищаться от мюонов и уже через 800 м станет чистым потоком мюонных нейтрино с ничтожно малой (и контролируемой) примесью электронных нейтрино. Нейтрино из Фермилаб будут направлены в подземную лабораторию, расположенную в штате Миннесота (США), а из ЦЕРНа — в лабораторию Гран-Сассо в Италии, находящуюся в 100 км от Рима. В обоих случаях расстояние между ускорителем — источником нейтрино — и детектором, их регистрирующим, составляет 730 км.

14 августа 2003 г. ученые на-учно-исследовательского центра MINOS (Main Injector

фотон

Поле Хиггса, изображенное в виде светлых точек, группируется вокруг одних частиц более активно, чем вокруг других

При столкновении протонов видны следы распада мюонов (зеленые в компьютерном изображении) _

Neutrino Oscillation Search) официально объявили о начале работы своего детища: 6-тонно-го детектора для установки по изучению нейтрино. Так закончилось расширение подземной лаборатории Миннесотского университета в Соудане, которая находится на глубине 710 м в северо-восточной части штата. Здесь уже находятся детектор протонного распада «Соудан 2» и установка по изучению слабых взаимодействий макрочастиц — кандидатов на составляющие «холодной темной материи».

После четырех лет труда строители завершили сборку первого из двух детекторов, предназначенных для проведения уникальных экспериментов. В апреле 2004 г после окончательной сборки и тестирования систем подготовлен к работе так называемый «дальний» детектор MINOS. К августу техники обещают закончить работу над «ближним» детектором. Он несколько уступает в размерах «дальнему».

300-метровый детектор состоит из 486 панелей, соединенных в виде большого бутерброда. Панели представляют собой стальные пластины высотой около 7,6 м и толщиной 2,5 см. С одной стороны пластины покрыты пластиком. Для того чтобы собрать детектор, техникам пришлосьтранспортировать его компоненты через узкую шахту, по которой когда-то передвигались рудокопы. «Это было похоже на строительство корабля в бутылке, — рассказывает участник проекта MINOS, профессор физики Стэнфордского университета Стенли Возицки. — Приходилось все материалы дос

ТЕХНИКА-МОЛОДЕЖИ 7 2 0 0 4

30