Коллайдер - [48]
Другие детекторы, широко применяемые в физике высоких энергий, - это сцинтилляционные счетчики, фотоумножители, черенковские детекторы, калориметры, искровые и дрейфовые камеры. Одним прибором не обойтись, нужен целый спектр измерительных приборов. Все потому, что главная задача эксперимента - за короткое время собрать как можно больше информации. Многие частицы, едва родившись, тут же оканчивают свою короткую жизнь и распадаются. Иногда единственное, что говорит о произошедшем событии, - это дисбаланс энергии, импульса или других сохраняющихся величин. Как полицейские на месте преступления, физики, чтобы вычислить подозреваемых, вынуждены оцеплять район столкновения, напичкав его всевозможной измерительной аппаратурой, и, не теряя времени, собирать улики. Только тогда можно надеяться определить последовательность событий и воссоздать полную картину взаимодействия.
Любимый метод Резерфорда, засекавшего частицы по вспышкам на флуоресцентном экране, получил логическое продолжение в сцинтилляционных счетчиках. Пролетая через детектор, частица возбуждает электроны в атомах, которые затем излучают полученную энергию в виде света. Для этой цели хорошо подходят люминесцентные пластмассы с жидким фторсодержащим наполнителем. Фотоумножитель - это электронный прибор, способный усиливать тусклый свет (идущий, например, от сцинтиллятора) до такой степени, чтобы его можно было различить.
Принцип работы черенковского детектора зиждется на так называемом эффекте Вавилова-Черенкова. Его в 1934 г. экспериментально обнаружил работавший под руководством С.И. Вавилова П.А. Черенков из Физического института им. П.Н. Лебедева в Москве. Дело в том, что если частица движется в некотором веществе со скоростью, превышающей скорость света, она начинает излучать. Нельзя превзойти скорость света в вакууме, но в веществе свет замедляется, и тогда его удается обогнать. Известно, что, оказавшись рядом с реактивным самолетом, который разогнался до скорости звука, мы слышим громкий хлопок (нас настигает фронт звуковой ударной волны). Так и частицы, бегущие в веществе наперегонки со светом, испускают в устремленный вперед конус излучение, получившее название черенковского. На наше счастье, угол раствора конуса напрямую зависит от скорости частицы, позволяя экспериментально измерить этот важный параметр.
Следующий класс приборов - калориметры, с помощью которых ученые измеряют энергию частиц. В заполняющем их плотном материале возбуждаются распадные ливни, представляющие собой цепочку рождений пар и образования тормозного излучения (излучение, испускаемое замедляющимися частицами), в результате чего высвобождаются большие залежи энергии. Если получается зарегистрировать хотя бы определенную долю этой энергии, физики могут делать выводы о том, насколько энергичным было первоначальное событие. В электромагнитных калориметрах делается упор на каскады, вызываемые электромагнитными силами, а в адронных калориметрах орудуют сильные взаимодействия.
Адроны - это частицы, подверженные влиянию ядерных сил. К ним относятся протоны, нейтроны, различные типы мезонов и ряд более тяжелых частиц. Все они состоят из кварков. Лептоны же - это частицы, нечувствительные к сильному взаимодействию: электроны, позитроны, мюоны и нейтрино. В них нет кварков - это уже истинно элементарные частицы. Адронные калориметры не реагируют на лептоны, они ощущают только энергию адронов.
Помимо пузырьковых камер существует множество других приборов для измерения траекторий частиц. Для регистрации заряженных частиц хорошо подходят искровые камеры. Промелькнувшая частица вдоль своего пути ионизует газ, и в нем происходит напоминающий молнию разряд. Дрейфовые камеры устроены сложнее: для того чтобы измерить время пролета частицы между двумя заданными точками, в них используется электроника.
С изобретением компьютера физика высоких энергий обрела незаменимого помощника. Теперь ученые могли себе позволить прочесывать гигантские объемы данных в поисках намеков на интересные события. О том, чтобы без компьютера найти продукты редких распадов, можно было бы и не мечтать. Все равно что искать в лесу цветущий папоротник.
Ко времени вступления «Фермилаба» в строй в начале 70-х одна из особенностей его конструкции уже успела устареть. Еще со времен Резерфорда пучки в ускорителях били по неподвижным мишеням. А как диктуют законы сохранения, в таком случае львиную долю полной энергии столкновения уносят вторичные частицы, вылетающие с обратной стороны мишени. Лишь малая толика может быть обращена в массу новых частиц. Более того, выход полезной энергии в столкновениях с неподвижной мишенью растет довольно медленно - пропорционально корню из энергии пучка. Скажем, если в улучшенной модели ускорителя в протонах запасается в сто раз больше энергии, эффективная энергия получит только десятикратное приращение. Вдобавок к этому недостатку сам рождающийся пучок оказывался узким, усложняя экспериментаторам задачу регистрации испущенных частиц.
В далеком 1953 г. Видероэ словно предвидел эту проблему и запатентовал гораздо более совершенную разновидность ускорителя, который мы сегодня называем коллайдером
Многие физики всю свою жизнь посвящают исследованию конкретных аспектов физического мира и поэтому не видят общей картины. Эйнштейн и Шрёдингер стремились к большему. Поиски привели их к важным открытиям: Эйнштейна — к теории относительности, а Шрёдингера — к волновому уравнению. Раздразненные найденной частью решения, они надеялись завершить дело всей жизни, создав теорию, объясняющую всё.Эта книга рассказывает о двух великих физиках, о «газетной» войне 1947 года, разрушившей их многолетнюю дружбу, о хрупкой природе сотрудничества и открытий в науке.Пол Хэлперн — знаменитый физик и писатель — написал 14 научно-популярных книг.
Если вы читали о динозаврах в детстве, смотрели «Мир юрского периода» и теперь думаете, что все о них знаете, – в этой книге вас ждет много сюрпризов. Начиная c описания мегалозавра в XIX в. и заканчивая открытиями 2017 г., ученые Даррен Нэйш и Пол Барретт рассказывают о том, что сегодня известно палеонтологам об этих животных, и о том, как компьютерное моделирование, томографы и другие новые технологии помогают ученым узнать еще больше. Перед вами развернется история длиной в 150 миллионов лет – от первых существ размером с кошку до тираннозавра и дальше к современным ястребам и колибри.
Любую задачу можно решить разными способами, однако в учебниках чаще всего предлагают только один вариант решения. Настоящее умение заключается не в том, чтобы из раза в раз использовать стандартный метод, а в том, чтобы находить наиболее подходящий, пусть даже и необычный, способ решения.В этой книге рассказывается о десяти различных стратегиях решения задач. Каждая глава начинается с описания конкретной стратегии и того, как ее можно использовать в бытовых ситуациях, а затем приводятся примеры применения такой стратегии в математике.
Эта книга состоит из трех частей и охватывает период истории физики от Древней Греции и до середины XX века. В последней части Азимов подробно освещает основное событие в XX столетии — открытие бесконечно малых частиц и волн, предлагает оригинальный взгляд на взаимодействие технического прогресса и общества в целом. Книга расширяет представления о науке, помогает понять и полюбить физику.
Автор множества бестселлеров палеонтолог Дональд Протеро превратил научное описание двадцати пяти знаменитых прекрасно сохранившихся окаменелостей в увлекательную историю развития жизни на Земле. Двадцать пять окаменелостей, о которых идет речь в этой книге, демонстрируют жизнь во всем эволюционном великолепии, показывая, как один вид превращается в другой. Мы видим все многообразие вымерших растений и животных — от микроскопических до гигантских размеров. Мы расскажем вам о фантастических сухопутных и морских существах, которые не имеют аналогов в современной природе: первые трилобиты, гигантские акулы, огромные морские рептилии и пернатые динозавры, первые птицы, ходячие киты, гигантские безрогие носороги и австралопитек «Люси».
Легендарная книга Лоуренса Краусса переведена на 12 языков мира и написана для людей, мало или совсем не знакомых с физикой, чтобы они смогли победить свой страх перед этой наукой. «Страх физики» — живой, непосредственный, непочтительный и увлекательный рассказ обо всем, от кипения воды до основ существования Вселенной. Книга наполнена забавными историями и наглядными примерами, позволяющими разобраться в самых сложных хитросплетениях современных научных теорий.
Если наша планета не уникальна, то вероятность повсеместного существования разумной жизни огромна. Более того, за всю историю человечества у инопланетян было достаточно времени, чтобы дать о себе знать. Так где же они? Какие они? И если мы найдем их, то чем это обернется? Ответы на эти вопросы ищут ученые самых разных профессий – астрономы, физики, космологи, биологи, антропологи, исследуя все аспекты проблемы. Это и поиск планет и спутников, на которых вероятна жизнь, и возможное устройство чужого сознания, и истории с похищениями инопланетянами, и изображение «чужих» в научной фантастике и кино.