17 мая 2022

В Красноярском ИЦАО рассказали об ускорителях элементарных частиц

С лекцией «Зачем (и как) учёные строят Небольшой адронный коллайдер, если уже есть Большой?» в Красноярске и Железногорске выступил научный сотрудник Курчатовского института. С 11 по 13 мая Информационный центр по атомной энергии (ИЦАЭ) Красноярска принимал у себя Ярослава Шашкова, кандидата технических наук, доцента НИЯУ МИФИ, научного сотрудника НИЦ «Курчатовский институт».

В первой части лекции Ярослав рассказал, для чего нужен и как устроен Большой адронный коллайдер, а также об открытии электрона Дж. Томпсоном с использованием простейшего ускорителя частиц и изучении фотона Максом Планком, о бета-распаде и открытии частицы «нейтрино», что в переводе означает «маленький нейтрончик».

Ярослав поделился со слушателями забавным случаем: «У меня есть друзья-психологи. Когда я им рассказываю о частицах нейтрино, которые в огромном количестве пролетают через все, что нас окружает, они осторожно спрашивают: “А вот эти твои «нейтрино» сейчас с нами в одной комнате?”»

«Ну и кто это заказывал?» — так звучит известная фраза нобелевского лауреата Исидора Раби, которой он отреагировал на случайное открытие мюона вместо пиона. Целых 11 лет потребовалось, чтобы заметить ошибку и осознать, что открыты были именно мюоны – элементарные частицы, продолжительности жизни которых всего 2,2 микросекунды. В результате дальнейших исследований было открыто еще более 10 элементарных частиц (лептонов, нейтрино и кварков различных типов).

Вместе с экспертом слушатели рассмотрели устройство линейных ускорителей и циклических ускорителей (синхротронов). Слушатели узнали об источниках частиц, ускоряющих резонаторах, квадрупольных магнитах, используемых для фокусировки, а также о том, как рассчитывается необходимый радиус ускорителя и что используется в качестве детектора частиц.

Одним из наиболее амбициозных планов, представленных теоретически, является идея постройки Очень Большого адронного коллайдера на Луне. Когда слушатели спросили Ярослава, насколько реальной является эта задумка, он ответил, что авторами научных статей, в которых изложена идея, являются именитые учёные и в целом этот проект возможно реализовать, однако это требует дополнительных исследований в космическом пространстве, а, следовательно, и огромных финансовых вложений. «Возможно, эта идея существует для того, чтобы стокилометровый коллайдер казался уже не таким уж и масштабным проектом», — пошутил Ярослав.

В последней части лекции эксперт раскрыл вопрос практической пользы от ускорителей частиц. Отдельно было отмечено их применение в лечении онкологических заболеваний: с помощью пучков электронов и фотонов специалисты научились выжигать опухоли миллиметр за миллиметром с минимальным уроном для здоровых тканей и внутренних органов. Это особенно актуально в случаях, когда опухоль находится в мозге, а также для лечения детей, поскольку в силу возраста они наиболее подвержены риску негативного влияния излучения. На данный момент существует порядка 3000 установок для радиотерапии, и лишь 20 установок для терапии с помощью протонов, которая считается наиболее безопасным вариантом лечения. Примечательно, что одна из таких установок находится в России, в городе Димитровграде.

Ярослав также отметил пользу ускорителей частиц для исследований в области культурного наследия. Так, например, была создана компьютерная модель сгоревшего свитка из Помпеи, который невозможно было развернуть, не повредив. Чернила, которым была сделана надпись, содержали в себе свинец, что позволило подвергнуть свиток синхротронному излучению и составить трехмерную карту концентрации атомов свинца.

Завершая свой рассказ, Ярослав упомянул мегаобъекты с синхротронным излучением, планирование и строительство которых идёт уже сейчас; среди них синхротрон СИЛА в Протвино, КИСИ-4 в Москве, СКИФ в Новосибирске и РИФ на о. Русский.

«Почему новые коллайдеры не хотят построить в океане? Вода ведь является отличным охладителем», — спросила слушательница лекции из лицея №103. Ярослав ответил, что такие задумки есть, однако, поскольку вода ещё и запускает коррозийные процессы, подобные проекты становятся очень дорогостоящими и несут много дополнительных убытков, которых нет при строительстве под землёй.

 «Физики, вероятно, очень обрадовались бы, если бы в своё время не нашли нейтрино – это бы означало, что их представления о физическом устройстве мира абсолютно верны. Но наука не статична, более того, природа постоянно подкидывает нам новые данные, поэтому вполне вероятно, что нас ждут новые частицы, которые станут катализаторами новых исследований», — объяснил Ярослав, отвечая на вопрос о возможных новых открытиях в области элементарных частиц.