| Akceleratory: one rozkwaszają atomy, nieprawdaż? |
|
|
Akceleratory:
one rozkwaszają atomy, nieprawdaż?
|
|
|
SENATOR JOHN PASTORE: Czy cokolwiek, co dotyczy tego akceleratora, wiąże się z bezpieczeństwem naszego kraju?
ROBERT WILSON: Nie, proszę pana, sądzę, że nie.
PASTORE: Zupełnie nic?
WILSON: Zupełnie nic.
PASTORE: Nie ma to związku z żadnymi wartościami?
WILSON: Jedynie z szacunkiem, jakim obdarzamy się nawzajem, z godnością człowieka i z umiłowaniem kultury. Z tym, czy jesteśmy dobrymi malarzami, rzeźbiarzami, wielkimi poetami. Mam na myśli wszystkie te rzeczy, które naprawdę czcimy i szanujemy w naszym kraju i które wzbudzają w nas uczucie patriotyzmu. Nie ma bezpośrednio nic wspólnego z obroną naszego kraju, oprócz tego, że czyni go wartym obrony.
|
|
|
| amy w Fermilabie pewną tradycję. Co roku pierwszego czerwca o godzinie siódmej rano, niezależnie od pogody cały personel bierze udział w biegu po liczącej 6,5 km ścieżce utworzonej bezpośrednio nad pierścieniem akceleratora. Biegniemy zawsze w kierunku zgodnym z kierunkiem ruchu rozpędzanych antyprotonów. Mój ostatni, nieoficjalny czas wynosił 38 minut. Obecny dyrektor Fermilabu, mój następca, John Peoples, w pierwszym roku swych rządów wywiesił plakat zapraszający personel do biegu „z młodszym i szybszym dyrektorem”. Faktycznie był szybszy, ale ani on, ani ja nie mogliśmy się równać z antyprotonami. Im jedno okrążenie zajmuje około 22 milionowe sekundy, co oznacza, że każdy antyproton wyprzedzał mnie około 100 milionów razy.
|
| Personel Fermilabu nie ma żadnych szans, by uniknąć tego upokorzenia, ale ostatecznie rachunek się wyrównuje, bo to przecież my planujemy eksperymenty. Doprowadzamy antyprotony do zderzeń z protonami, które pędzą równie szybko w przeciwnym kierunku. W tym rozdziale będziemy mówili o tym, jak to się dzieje.
|
| Nasza dyskusja poświęcona akceleratorom będzie swego rodzaju przerywnikiem. Mknęliśmy dotąd przez stulecia naukowego postępu jak rozpędzona ciężarówka. Zwolnijmy więc nieco tempo naszej narracji i pomówmy nie tyle o odkryciach, czy nawet o fizykach, co o maszynach. Przyrządy były nieodłącznie związane z naukowym postępem od równi pochyłej Galileusza po komorę scyntylacyjną Rutherforda. Teraz przyrządy staną się osią naszej opowieści. Nie sposób zrozumieć dzieje fizyki w ciągu ostatnich kilkudziesięciu lat, nie mając pojęcia o akceleratorach i licznych towarzyszących im detektorach – najważniejszych narzędziach naszej dziedziny. Poznając akcelerator, można wiele dowiedzieć się o fizyce w ogóle, bo urządzenie to ucieleśnia wiele zasad, nad których doskonaleniem fizycy pracowali przez stulecia.
|
| Czasem myślę sobie o wieży w Pizie jako o pierwszym akceleratorze – (prawie) pionowym akceleratorze liniowym, którego do swych badań używał Galileusz. Jednak prawdziwa historia akceleratorów zaczyna się dużo później. Rozwój tych urządzeń ma swe źródło w naszym pragnieniu sięgnięcia w głąb atomu. Jeśli pominiemy Galileusza, historia akceleratorów zaczyna się od Ernesta Rutherforda i jego uczniów, którzy stali się mistrzami w wykorzystywaniu cząstek a do badań wnętrza atomu.
|
| Cząstka a to prawdziwy dar natury. Gdy jakiś naturalny materiał radioaktywny ulega spontanicznemu rozpadowi, wystrzeliwuje te ciężkie, obdarzone dużą energią cząstki. Ich energia wynosi zazwyczaj około pięciu milionów elektronowoltów. Elektronowolt (eV) jest to ilość energii, którą otrzymałby pojedynczy elektron podczas wędrówki od ujemnego do dodatniego bieguna baterii dającej napięcie jednego wolta. Zanim przebrniemy przez parę następnych rozdziałów, elektronowolt stanie ci się, drogi Czytelniku, równie znajomy jak centymetr, kaloria czy megabajt. Oto cztery skróty, z którymi powinieneś się zapoznać, zanim podążymy dalej:
|
| keV – tysiąc elektronowoltów (k = kilo);
|
| MeV – milion elektronowoltów (M = mega);
|
| GeV – miliard elektronowoltów (G = giga);
|
| TeV – bilion elektronowoltów (T = tera).
|
| Dla wyrażenia wielkości wykraczających poza TeV uciekamy się do zapisu mającego postać potęg liczby dziesięć. 1012 równe jest właśnie 1 TeV. Nie sposób wyobrazić sobie, by dostępne rozwiązania techniczne pozwoliły nam wykroczyć poza granicę 1014 eV. To jest już zakres energii cząstek promieniowania kosmicznego, które stale bombarduje Ziemię. Cząstek tych jest niewiele, ale energia, jaką ze sobą niosą, dochodzi do 1021 eV.
|
| Z punktu widzenia fizyki cząstek elementarnych 5 MeV to niewielka energia. Cząstki a, którymi posługiwał się Rutherford, ledwo potrafiły rozbić jądro atomu azotu w trakcie pierwszych w dziejach zaplanowanych zderzeń jądrowych. I był to tylko przedsmak wszystkich tych fascynujących rzeczy, które można zgłębiać dzięki podobnym zderzeniom. Teoria kwantowa mówi, że im mniejszy jest obiekt, który badamy, tym więcej potrzebujemy energii. Jest to swego rodzaju ekwiwalent ostrzenia demokrytejskiego noża. By skutecznie przeciąć jądro, potrzebna jest energia dziesiątków, a nawet setek MeV. Im więcej, tym lepiej.
|
|
