Roger Orrit - У атомов тоже есть сердце. Резерфорд. Атомное ядро.

Частицы ускоряются в зазорах между трубками и в конца пути достигают большой скорости.

Также существуют циркулярные ускорители (см. рисунок 2) и синхротроны. Первый циклотрон был разработан американским физиком Эрнестом Лоуренсом в 1932 году. Через семь лет, в 1939 году, эта работа принесла ему Нобелевскую премию по физике. Это был период, когда шло соревнование по созданию первого ускорителя частиц. В основе его изобретения лежала идея ускорения частиц с помощью взаимодействий заряженной частицы с сильным магнитным полем, образуемым мощным электромагнитом. Траектория частиц, взаимодействующих с магнитным полем, представляет собой арки или кривые, отсюда название ускорителя, при этом нет необходимости прибегать к высокому напряжению. Форма циклотронов напоминает две латинские буквы D. Лоуренс смог разогнать частицы до энергии в 1,25 МэВ.

Синхротроны похожи на циклотроны, так как частицы в них также движутся по кривой при использовании электромагнитов, однако траектория частиц закрытая. Принципиальное различие устройств связано с конфигурацией электромагнитных полей, которые в случае синхротронов составные и включают в себя простые биполярные электромагниты, а также сложные конфигурации квадриполярных, октуполь- ных и так далее магнитов. Сложность компенсируется прекрасными экспериментальными условиями с наиболее высокой энергией. Так как ускоряемые частицы, например электроны, являются заряженными, они испускают электромагнитное излучение, известное как "свет синхротрона". Ускорение, необходимое для поддержания траектории, предполагает мгновенное изменение скорости частицы, так что возникает излучение. Это излучение используется в разных областях, в том числе и в медицине.

РИС . 2

Электроны попадают в циклотрон в центральной части, где на них действует магнитное поле, в результате электроны движутся по траектории полукруга в полуцилиндре.

В зазоре между полуцилиндрами электрическое поле начинает действовать на электроны и ускорять их линейно, чтобы они попали наследующий уровень с противоположным магнитным полем. Получая в каждом цикле приращение энергии, электроны продолжают движение по полуокружностям большего радиуса. Наконец, пучок выводится наружу на очень высокой скорости.

Начиная с 1960-х годов синхротроны стали применяться в качестве коллайдеров: ускоренные частицы циркулируют в противоположных направлениях и в конце концов сталкиваются. При взаимодействии возникает большое количество энергии (двойное, если ускоряется одна из частиц). Между сталкивающимися частицами находятся один электрон и один позитрон или два протона. Одним из первых был запущен SPEAR в Стэнфорде (США), он действует по сей день.

Благодаря коллайдерам были достигнуты значительные успехи в физике частиц. Одним из важнейших коллайдеров является Тэватрон, расположенный в национальной ускорительной лаборатории им. Энрико Ферми (Fermilab) в Иллинойсе (США). Он позволяет ускорить протоны и антипротоны в кольце длиной шесть километров до энергии 0,9 ТэВ. Запуск этого коллайдера состоялся в 1987 году. В 1995 году с его помощью был открыт топ-кварк.

Самый мощный коллайдер, являющийся самым крупным и дорогим научным инструментом всех времен, — большой адронный коллайдер (сокращение БАК, или LHC от английского Large Hadron Collider). Коллайдер построен в ЦЕРНе (Европейский совет ядерных исследований), находящемся недалеко от Женевы, на границе Швейцарии и Франции. БАК может сталкивать протоны с энергией, которая в ближайшее время достигнет 7 ТэВ на каждый протон. В апреле 2012 года был зафиксирован рекорд в 8 ТэВ (два пучка протонов по 4 ТэВ циркулировали в противоположных направлениях). Речь идет о необыкновенном инструменте для исследований, в котором протоны ускоряются практически до скорости света и при столкновениях воспроизводят некоторые условия Большого взрыва. Первый неудачный запуск коллайдера был совершен в 2008-м, а регулярное использование началось с 2009 года, хотя первые столкновения частиц стали выполняться только через год. Коллайдер позволил подтвердить существование частицы, "соответствующей по характеристикам бозону Хиггса", что является фундаментальным открытием в понимании причины, по которой у частиц есть масса согласно стандартной модели физики частиц. Открытие было сделано 4 июля 2012 года.