Терри Пратчетт - Наука Плоского мира. Книга 4. День Страшного Суда

Последний и самый внушительный из них – это Большой адронный коллайдер (БАК). Что такое «коллайдер», мы с вами уже знаем, «адрон» – наименование класса субатомных частиц, а прилагательное «большой» полностью оправдывает размеры ускорителя. БАК размещается глубоко под землёй, в двух кольцевых туннелях. Основная часть «колец» находится в Швейцарии, остальная захватывает территорию Франции. Главное кольцо имеет восемь километров в поперечнике, меньшее – около четырёх. В туннелях имеется две трубы, по которым 1624 магнита разгоняют до околосветовой скорости различные интересующие нас частицы: электроны, протоны, позитроны и так далее. Магниты необходимо охлаждать до температуры, близкой к абсолютному нулю, для чего постоянно требуется 96 тонн жидкого гелия. Эти магниты огромны и весят свыше 27 тонн каждый.

Трубы пересекаются в четырёх точках, где и происходят столкновения частиц друг с другом. Для физиков это всего лишь проверенный временем метод исследования материи. Сталкиваясь, частицы разлетаются на кусочки, порождая множество новых частиц. Шесть невероятно сложных детекторов, расставленных в разных точках туннелей, собирают данные о столкновениях, которые обрабатываются и анализируются мощными компьютерами.

БАК обошёлся нам в 7,5 миллиарда евро, что равно 6 миллиардам фунтов или 9 миллиардам долларов. Поэтому неудивительно, что проект этот международный, а в его осуществлении оказалась задействована «Большая политика».

Думминг Тупс жаждет обладать Большой-Пребольшой Штуковиной по двум причинам. Во-первых, им движет азарт интеллектуального познания – топливо, на котором функционирует факультет Высокоэнергетической магии. Юные ясноглазые волшебники, работающие там, хотят познать фундаментальнейшие основы магии и разгадать загадки, породившие такие таинственные теории, как квантовая чародинамика или третья производная слуда, а также роковой эксперимент по расщеплению чара, в результате которого случайно возник Круглый мир. О другой причине говорится в предыдущей главе: каждый уважающий себя университет просто обязан иметь подобные штуковины, если, конечно, он хочет считаться университетом.

В Круглом мире та же история. И касается она не только университетов.

Физика элементарных частиц началась со скромного оборудования и большой идеи. Слово «атом» на греческом означает «неделимый». Термин оказался заложником судьбы с самого начала его применения. Больше века назад физики «клюнули» на гипотезу о существовании атомов, но многие тут же начали сомневаться в правильности выбора столь буквалистского термина. И в 1897 году Джозеф Джон Томсон доказал, что сомневающиеся были правы, открыв «катодные лучи» – микроскопические частицы, испускаемые атомами. Они получили название «электроны».

Вы можете сколько угодно бродить вокруг атома, ожидая, когда он начнёт излучать новые частицы. Можете просить его об этом, а можете сделать ему такое предложение, от которого он не сможет отказаться, а именно стукнуть его так, чтобы он разлетелся на кусочки, и посмотреть, куда что полетит. В 1932 году Джон Кокрофт и Эрнест Уолтон соорудили небольшой ускоритель частиц и в один знаменательный день «расщепили атом». Вскоре выяснилось, что атомы состоят всего из трёх типов частиц: электронов, протонов и нейтронов. Они невероятно малы, их не разглядеть даже в самые мощные микроскопы, тогда как сами атомы можно всё-таки «увидеть» в чувствительный микроскоп, использующий квантовые эффекты.

Итак, все элементы – водород, гелий, углерод, сера и так далее – состоят из этих трех частиц. Химические свойства элементов отличаются потому, что их атомы содержат различное количество электронов, протонов и нейтронов. Существует ряд основных правил. В частности, две частицы обладают электрическими зарядами: электрон – «негативным», протон – «позитивным», нейтрон же заряда не имеет. Таким образом, чтобы суммарный заряд оказался нулевым, количество протонов и электронов должно совпадать. Самый простой из атомов – атом водорода – имеет один электрон и один протон. У гелия два протона и два нейтрона.

Химические свойства атома зависят от количества электронов, поэтому нейтронов можно добавлять сколько угодно: свойства вещества почти не изменятся. Вот именно что – «почти». Это слово обуславливает существование изотопов, то есть вариантов какого-либо элемента с почти неуловимыми отличиями. Например, атом самой распространённой формы углерода имеет 6 электронов, 6 протонов и 6 нейтронов, тогда как у его изотопов – от 2 до 16 нейтронов. Углерод-14, который археологи используют для датировки древних органических материалов, имеет 8 нейтронов. Атом обычной серы состоит из 16 электронов, 16 протонов и 16 нейтронов, при этом известно 25 её изотопов.

Электроны имеют особенно важное значение для химических свойств атома, поскольку находятся на внешней его оболочке и могут вступать в контакт с другими атомами, образуя молекулы. Протоны и нейтроны группируются в центре атома, формируя его ядро. Ранее считалось, что электроны движутся вокруг ядра по орбитам, словно планеты вокруг Солнца. Затем эта модель была заменена другой, в которой электрон был представлен в виде смазанного вероятностного облака, демонстрируя нам не место, где находится частица в данный момент, а то, где она, возможно, будет находиться, если вы за ней понаблюдаете. В настоящее время такая картинка также считается чрезмерным упрощением некой чрезвычайно сложной математической модели, согласно которой электрон одновременно находится везде и нигде.

Эти три частицы (электрон, протон и нейтрон) связывают физику и химию. С их помощью была расшифрована вся таблица химических элементов – от простого водорода и наиболее сложного природного элемента калифорния до куда более странных короткоживущих синтезированных элементов. Всё, что требуется, чтобы вполне определить материю во всём богатстве её разнообразия, – это коротенький список «фундаментальных» частиц, то есть таких, которые невозможно расщепить на более мелкие. Вроде бы просто и понятно.

Не тут-то было. Во-первых, для объяснения целого ряда экспериментальных наблюдений на микроуровне потребовалось изобретение квантовой механики. Затем обнаружились новые фундаментальные частицы вроде фотона (частица света) или нейтрино (электрически нейтральная частица, которая настолько мало взаимодействует с остальным веществом, что может свободно пройти сквозь тысячемильную толщу свинца). Бесчисленные нейтрино, испущенные Солнцем в ходе ядерных реакций, постоянно проходят сквозь Землю, в том числе и сквозь нас с вами, не оказывая никакого влияния.