Юрий Чирков - Охота за кварками
И пожалуй, наиболее важный аргумент в пользу форсирования исследований на ускорителях в том, что именно в физике высоких энергий, как ни в какой другой науке, НЕОЖИДАННОЕ НАИБОЛЕЕ ВЕРОЯТНО,
11
Инженеры торопят физиков
Я часто задумывался над тем, какая польва человеку от чрезмерной образованности, если он не может употребить ее для собственной пользы.
О. Генри
Аристотель, этот столп античной учености, в соответствии с духом и правлми своего времени считал кропотливую работу естествоиспытателя делом, достойным раба, а не свободного человека. В ту же эпоху рабовладельчества Архимед писал: "Низко все, что имеет практическое значение".
В нате время отношение к науке стало иным. Вот что, к примеру, писал Ф. Жолио-Кюри: "Ученые не вправе считать себя кучкой избранных, чуждых задачам практической жизни. Будучи членами великой семьи трудящихся, они должны быть озабочены тем, как используются их открытия".
Да, ныне фигура ученого, его упорный (вот бы удивился Аристотель!) труд окружены всеобщим вниманием и уважением. Более того, от исследователей (мнение Архимеда?!) ждут именно практических результатов.
И ученые, особенно физики, дают их.
Только один пример. На заре своего развития ядерная физика, установив, казалось бы, второстепенный с теоретической точки зрения факт, что при делении ядра урана испускается более двух нейтронов, породила всю современную ядерную энергетику, все АЭС, которые к 2000 году будут в нашей стране давать примерно треть всей добываемой энергии.
Достижения физиков, их методы, идеи все решительнее вторгаются в пашу повседневную жизнь. Причем часто самым неожиданным образом.
Ускоритель частиц - на вашем столе!
В одной из своих последних лекций итальянский физик Э. Ферми говорил об ускорителе протонов на энергию 10^4 ТэВ. Увы, говорил он это полушутя: кольцевой магнит такого ускорителя должен был бы опоясывать земной шар по экватору!
На таком грандиозном фоне мечты об ускорителе, разгоняющем частицы до больших энергий и разместившемся где-нибудь в подвале дома, покажутся неуместной шуткой. И все же такие малогабаритные ускорители вполне возможны. В это верят и ученики академика Г. Будкера, работающие в новосибирском академгородке, и исследователи из подмосковного города физиков Дубны (группа В. Саранцева). Хотят этого и физики Абхазии, работающие по проблеме "Коллективное ускорение ионов в электронных пучках".
Небольшая, забитая приборами комната - лаборатория физики плазмы и газового разряда Абхазского государственного университета. Возглавляет лабораторию кандидат физико-математических наук доцент Г. Джобава.
- Вот здесь и разместится наш ускоритель, - говорил он автору этой книги, указывая на стенд размером с обычный письменный стол. - Мы перенесли его из другого здания и сейчас монтируем. Он будет ускорять ионы до энергий в миллионы электрон-вольт.
"Как, - помню, удивился я, - ускоритель, уместившийся в маленькой комнатушке? Так сказать, "домашний" ускоритель?.."
В конце 50-х годов академик В. Векслер высказал оригинальную идею. Суть ее была в том, чтобы поле, ускоряющее частицы, создавалось не внешними источниками (здесь возможности уже практически исчерпаны), а возникало в результате взаимодействия группы ускоряемых частиц с другой группой зарядов (отсюда и термин "коллективное ускорение").
Ускоряющей группой может быть и струя электронов, и поток плазмы, и электромагнитная радиация. Это и есть, так сказать, "внутренние резервы" ускорения.
Скажем, в плотной плазме напряженность электрического поля может достигать 10^8 вольт на сантиметр.
И значит, для ускорения частиц потребуются уже не километровые "дистанции", а... метровые! И этот бурный "спринт" даст вполне ощутимые результаты.
Но как этого добиться? Как практически реализовать столь заманчивые предложения? Физики перепробовали много способов. Расскажем лишь об одном, на наш взгляд, очень изящном.
...Лет двадцать назад в Сухумском физико-техническом институте группа исследователей под руководством доктора физико-математических наук А. Плютто пыталась получить из плазменного источника сильноточные электронные пучки.
Ученые имели своп "интерес", об ускорителях они тогда не помышляли. Однако по ходу экспериментов обнаружилось: при определенных условиях наблюдаются ионы плазмы с энергиями, существенно превосходящими приложенную разность потенциалов. Так, к источнику подавались напряжения порядка сотен киловольт, а ионы имели энергии в несколько миллионов электрон-вольт!
Вот этот "незапланированный" успех своих земляков - сухумских физиков и пытаются развивать физики Абхазского университета (работа ведется совместно с Московским институтом теоретической и экспериментальной физики).
Мощный поток электронов, извергаемый электронной "пушкой" - эмиттеъом, направляется на сгусток плазмы положительно заряженных ионов, которые и надо ускорить. Легкие и поэтому подвижные электроны, "забежав" вперед ионов, начинают подтягивать п к себе (своего рода "гонка за лидером"). И сила эта будет действовать, пока скорости электронов и ионов не сравняются.
Но масса, скажем, протона в тысячи раз больше массы электрона. Значит, во столько же раз будет больше и его (протона) кинетическая энергия! Так слабые энергии пучка электронов оборачиваются огромными энергиями ускоренных ионов.
В этом суть наиболее простого из новых методов коллективного ускорения ионов - прямоточного. Есть и другие: например, ускорение электронными кольцами, эти работы наиболее энергично ведутся в Дубне.
Да, слова "домашний ускоритель" не столь уж и неправомерны. Энергии электронного пучка в кинескопе обыкновенного телевизора (20 киловольт) пли в рентгеновской трубке вполне достаточно для мощного разгона ионов. И подобный ускоритель свободно разместится на рабочем столе исследователя!
А такие малютки очень нужны. Можно было бы, к примеру, моделировать солнечный ветер, исследовать поведение радиоэлектроники в условиях космического полета. "Прикладники" смогли бы (без необходимости получать допуск к большим ускорителям) у себя на месте, почти в "домашних условиях", осуществлять, скажем, ионное легирование напыленных пленок, проверять надежность аппаратуры, собранной на микросхемах.
Мини-ускорители не фантазия, порукой тому - работы, которые ведут физики Абхазии.
Деликатесы и хлеб насущный
Телевизоры и транзисторы - вещи обыденные для каждого из нас. А все потому, что примерно 90 лет назад ученые открыли электрон. Атомная энергетика, а завтра - термоядерный синтез? И это результат открытых физиками деления и слияния ядер. Но еще более волнующие открытия сулит нам изучение мира элементарных частиц. Тут техника, возможно, поднимется до таких вершин, о которых нам и не мечталось.
Это один взгляд на будущее микрофизики, взгляд, исполненный оптимизма. Однако есть и противоположное мнение. Часть ученых считает, что роль микрофизики изменилась, что она утрачивает свою позицию лидера, что ее скоро потеснят более бойкие, а главное, более полезные человеку науки.
В последние годы подобные вопросы неоднократно ставил и обсуждал академик В. Гинзбург. Его книга, например, "О физике и астрофизике?" (1974) имеет характерный подзаголовок: "Какие проблемы представляются сейчас особенно важными и интересными?"
Он считает, что место микрофизики во всем естествознании и в жизни общества радикально изменилось: мода на нее прошла, самый блестящий в общечеловеческом плане этап в развитии микрофизики уже позади.
(Справедливости ради следует отметить, что в новых высказываниях - а ученый довольно часто итожит развитие науки и делает прогнозы - эта негативная позиция несколько смягчена.)
Вот что писал академик: "Если позволено будет выразить сказанное в ненаучных терминах, я сказал бы, что микрофизика в первой половине нашего века была первой дамой естествознания. Сегодня и завтра она остается, и останется "только" самой красивой дамой. Но в том-то и дело, что разные люди могут считать разных дам самыми красивыми, первая же дама (в отличие от первых заместителей), по определению, только одна (например, так называют жену президента). Позволю себе добавить, что для меня самого микрофизика была и остается самой красивой физической дамой. Но в отличие от некоторых коллег я лишь считаю, что поклонение не должно сопровождаться игнорированием изменений возраста и характера, а также пренебрежением к другим объектам, до-_ стопным восхищения".
Эти шутливые слова прикрывают вполне весомые доводы. Действительно, в первой половине XX века в цент"- ре внимания микрофизики находились атомы, электроны, фотоны, атомные ядра. Все вещества состоят из атомов, пишет В. Гинзбург, свет Солнца дарит Земле жизнь.
Так стоит ли удивляться, что физики, фактически подчинившие эти атомно-фотонно-электронно-ядерные стихии, стали центральной фигурой в науке, и не только в ней!
