|
|
Субботний блик науки № 32
Искры из глаз
Когда-то надежды на обретение ключевых знаний об устройстве физического мира связывали со звездами, теперь же все иначе. Астрономия свою роль в процессе понимания фундаментальных законов природы отыграла — более весомые, продвигающие науку вперед результаты придут от другого актера. Из области «ускорительной физики», той, что элементарные частицы со страшной силой дробит.
Для максимизации полезного исследовательского эффекта дробления частиц используются, помимо прочего, специальные длинные тоннели кольцевой и прямолинейной формы — ускорители заряженных частиц. Там, при живом участии магнитного поля, частицы разгоняют до удивительно близких к световой скоростей и — сталкивают лбами. Вот, даже у рядового крестьянина, слетевшего с возу да крепко ударившегося при этом лбом об оглоблю, летят из глаз ворохи искр. А что уж говорить про шибко шустрые протоны-электроны, налетевшие на себе подобных, со встречного курса? Да, «искры» от разрушившихся вследствие удара частиц куда как более сочные и выразительные.
Сей исследовательский ресурс — урожай «искр» от протонов — и составляет ту ценнейшую основу, ради которой любой ускоритель строится. Причем упустить из виду, не измерив что-то серьезное из «искр», никак нельзя — эксперимент насмарку. А так как ни со штангенциркулем, ни с микрометром к протону-позитрону не подступишься, то для измерений тут навостряют специальные высокотехнологичные устройства-детекторы.
Вот, например, на строящемся сейчас в известном ядерном центре CERN ускорителе LHC (Large Hadron Collider — Большой адронный ускоритель) будет установлен специальный детектор ATLAS (конечно, это аббревиатура — A Toroidal LHC ApparatuS — Тороидальная установка LHC). Размах на уровне. ATLAS — сооружение величиной с многоэтажный дом, которое упрячут в специально построенное под землей помещение еще большего объема. И все это нагромождение оборудования из гигантских электромагнитов, паутин проводочков, сетей заполненных охлажденными до криогенных температур экзотическими газами трубочек, переплетения полимерных лент, стальных и свинцовых щитов и прочего разнообразия собрано вокруг незначительного по объему участка пространства, представляющего собой сердце детектора — области, где и будут сталкиваться пучки разогнанных ускорителем LHC подопытных частиц.
И все для того, чтобы максимально точно зафиксировать широту набора «осколков» и траекторий, образующихся в результате столкновения. Ведь пара протонов (а сталкиваться между собой будут протоны), налетев друг на друга с сумасшедшей скоростью и развалившись, порождает уйму всевозможных частиц-осколков, которые разлетаются во все стороны, формируя клубок хитроумных траекторий. Некоторые из родившихся частиц несут электрический заряд, другие нейтральны, одни имеют солидную, в масштабах эксперимента, массу, а иные «невесомы». Часть «продуктов фронтального удара» активно взаимодействует с веществом (это упрощает детектирование), а часть пролетает сквозь любые преграды, и поймать ее непросто (все слышали про пример таких частиц — нейтрино). Вот и понастроено вокруг небольшой «центральной трубы» детектора множество объемных удивительных конструкций, упрятанных, как матрешки, одна в другую — каждая со своей задачей, для своей группы частиц. И чем сложнее частица в поимке, тем более массивная и дальше расположенная от центра установки система используется. А те частицы, что по принципиальному их характеру обнаружить невозможно, вычисляют. Исходя из законов сохранения. Ну, в том смысле, что «если где-то нет кого-то, значит кто-то где-то есть», и достаточно знать разницу между физическими параметрами исходных протонов-смертников и суммой того, что получилось в результате их кончины, чтобы приписать недостачу хитрым нейтрино, бесследно унесшим с собой «моменты и энергии».
Забавное устройство этот ATLAS, весом в несколько тысяч тонн. И как его под землю опустят? Но если вы подумали, что вся хитрость в железяках да криогенном оборудовании, без которого ATLAS, конечно же, не обходится, то это не так. Да. Главная хитрость, как всегда, исключительно математическая.
Ведь физики, которым предстоит работать с LHC и ATLAS’ом, будут интересоваться не просто результатами столкновений, а конкретными результатами. Ибо исходов от разбивания двух протонов великое множество, каждый со своим набором новых частиц-траекторий. Но большинство-то раскладов изучено лучше, чем дебют в шахматах, и посему — неинтересно. Охота идет за событиями редкими, которых одно на десять миллионов. При этом в секунду внутри ATLAS’а — миллиард столкновений. А ведь каждое событие (то есть результаты одного элементарного столкновения) дает гору «траекторий и энергий», все из которых (а если быть точнее — почти все) фиксируются оборудованием. Поток информации о происходящем внутри детектора очень велик и измеряется гигабайтами данных в секунду. Ясно, что совладать со всем этим может только хитрое компьютерное оборудование, заряженное специальным программным обеспечением, способным «на лету» анализировать весь набор результатов столкновения, выуживать из лавины интересные события и переправлять их следящим за экспериментом физикам, а остальное, рутинное, — отбрасывать. Ну почти шахматы.
И вот уже среди отфильтрованных качественных результатов будут искать столь вожделенный хигс-бозон, так необходимый для внесения кристальной ясности в сложившийся взгляд на природу материи и пространства. Да, именно на экранах компьютеров, отображающих ситуацию в микроскопическом участке пространства, где столкнулась пара элементарных частиц, будет решаться, что, собственно, физике делать дальше. Там, а не в зеркалах и прочих устройствах телескопов, даже орбитальных.
04.12.2004
Теги: ускорители частиц
физика
|
Ваш отзыв автору
|
|
|
