Научный взгляд на устройство вселенной
жүктеу/скачать 8,11 Mb. Pdf көрінісі
|
knocking on
| светимость
установки (суммарная интенсивность пучков и, следовательно, число происходящих в ускорителе событий). ТИПЫ КОЛЛАЙДЕРОВ Итак, столкновение двух пучков позволяет получить более высо- кие энергии (а значит, исследовать меньшие расстояния), чем экс- перименты с неподвижной мишенью, поэтому мы выбираем кол- лайдер. Возникает следующий вопрос: что сталкивать? Этот во- прос порождает несколько интересных вариантов, из которых нам предстоит выбрать один. В частности, мы должны решить, какие элементарные частицы следует ускорять, чтобы они могли при- нять участие в столкновении. Имеет смысл воспользоваться готовым материалом, легко до- ступным на Земле. В принципе, мы могли бы сталкивать между собой нестабильные частицы: к примеру, частицы, получившие название мюонов (они быстро распадаются на электроны), или тя- желые кварки, такие как t-кварки (они распадаются на другие, бо- лее легкие виды частиц). В этом случае нам, прежде чем начать разгон пучков, необхо- димо было бы получить нужные частицы в лаборатории, посколь- ку под рукой их нет. Но, даже если бы мы смогли изготовить нуж- ное количество частиц и разогнать их, прежде чем они распадутся, нам бы пришлось еще позаботиться о безопасности и подумать, 142 МАСШТАБИРОВАНИЕ ВЕЩЕСТВА как отвести излучение. Ни одно из этих препятствий не является непреодолимым — и особенно это относится к мюонам, возмож- ность использовать которые в пучках в настоящее время исследу- ется. Ясно, однако, что по сравнению со стабильными частицами нестабильные ставят перед исследователями дополнительные проблемы. Так что давайте остановимся на более понятном и простом ва- рианте: возьмем стабильные частицы, которые имеются на Земле в любом необходимом количестве и сами по себе не распадаются. В эту категорию попадают легкие частицы или на крайний слу- чай связанные стабильные конфигурации легких частиц, такие как протоны. Кроме того, мы предпочли бы заряженные части- цы, которые можно без труда разгонять электрическим полем. Это оставляет нам на выбор протоны и электроны — частицы, которых вокруг полным-полно. Что же выбрать? У той и другой частицы есть свои сильные и слабые стороны. Электроны хороши тем, что столкновения у них получаются чистые и понятные — в конце концов, это фун- даментальные частицы. Когда электрон с чем-то сталкивается, его энергия не распыляется на входящие в его состав субструктуры: насколько нам известно на настоящий момент, электрон дальше уже не делится. А раз сам по себе он не делится, мы можем очень точно проследить за тем, что происходит при его столкновении с иным объектом. А вот с протонами дело обстоит иначе. Напомню, что протон состоит из трех кварков, связанных сильным взаимодействием; кварки обмениваются глюонами, которые «склеивают» протон воедино, как уже говорилось в главе 5. Когда протон с высокой энергией сталкивается с чем-то, в интересующем нас взаимодей- ствии — том, при котором могут возникнуть тяжелые частицы — обычно участвует только одна из частиц в составе протона, то есть один из кварков или глюонов. Разумеется, кварку достается далеко не вся энергия протона. Сам протон может обладать очень высокой энергией, но составля- ющим его кваркам энергии достается гораздо меньше. Тем не ме- нее энергия кварка тоже может быть достаточно высока. «ВИДЕТЬ» — ЗНАЧИТ ВЕРИТЬ 143 Помимо всего прочего, картина столкновения с участием протонов всегда очень сложная. Дело в том, что остальные части протона хоть и не участвуют в сверхвысокоэнергетическом стол- кновении, но продолжают лететь рядом и тоже взаимодействуют между собой — а это означает, что вокруг интересующего нас взаимодействия происходит множество других, мешающих уви- деть картину. Казалось бы, при описанных условиях никому не захочется иметь дело с протоном, но на самом деле желающие находятся. Почему? Дело в том, что протон тяжелее электрона; его масса превосходит массу электрона примерно в 2000 раз — а это очень важно, когда пытаешься разогнать протон до высокой энергии. Чтобы передать протону энергию, электрическое поле разгоняет частицу по кругу, и с каждым витком она движется все быстрее. Но движущиеся с ускорением частицы излучают, и чем они легче, тем больше излучение. Это означает, что как бы нам ни хотелось столкнуть между со- бой электроны со сверхвысокой энергией, вряд ли это удастся сде- лать в ближайшее время. Вообще-то, электрон можно разогнать до очень высоких энергий, но такие электроны, разгоняясь по кру- гу, излучают значительную часть своей энергии в пространство. (Именно поэтому в Лаборатории SLAC в Пало-Альто, где ускоря- ют электроны, используется жүктеу/скачать 8,11 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|