понедельник, 2 ноября 2009 г.

Школа физики.

На этой неделе в ЦЕРНе проходит научная школа для российских учителей физики.
Для меня это - шанс послушать на русском языке то, что в прошлом году на Дне открытых дверей CERNa прошло через мою голову на английском и французском языках, никоим образом не задев жизненно-неважный орган - мозг.

Оказалось, правда, что дело тут не в языке. Похоже, я упустила в школьной программе какой-то предмет... Поэтому, когда лектор сказал: "Вы, наверно, знаете, как работает фотоэлектронный умножитель", и, услышав в ответ утвердительный гул российских учителей физики, пропустил эту тему, загадка рождения электронов для меня и в этот раз осталась тайной.

В целом суть лекции такова (языком тех, кто что-то упустил в школьной программе :-)): ученые любят разглядывать все под микроскопом, чтобы узнать из каких мельчайших частиц состоим мы и окружающий мир. Когда-то мы состояли из молекул, атомов, потом ядер, протонов, теперь вот докатились до элементарных частиц (бозона Хиггса и тяжелого нейтрино), таких маленьких, что обнаружить их присутствие можно только по оставленному следу - энергии, выделенной в результате их взаимодействия с другими частицами.

Для этого протоны запускают в ускоритель, где они, разгоняясь и сталкиваясь друг с другом, рождают огромное количество новых частиц. Среди новых, родившихся частиц, о существовании которых мы (я имею в виду не себя, а физиков и любителей) уже знаем, есть электроны, фотоны, мюоны, нейтрино, и пи-мезоны. А есть еще много других частиц, о существовании которых пока можно только подозревать.

Чтобы регистрировать следы частиц, в разных местах ускорителя построены детекторы. Зная поведение старых добрых знакомых - электрона, фотона, мюона, пи-мезона и нейтрино, можно восстановить по полученным следам свойства новых, неизученных частиц. Самые крупные детекторы в LHC - ATLAS и CMS. Первый - самый большой по размерам детектор, второй - самый тяжелый. По имени детекторов называются и проводимые на них эксперименты.

Раньше я думала, что цель у этих детекторов общая - все ищут крошечный неуловимый бозон Хиггса объединенными усилиями. Оказалось, ATLAS и CMS - конкурирующие организации. А Ваша принадлежность к тому или иному эксперименту может служить Вам хорошей рекомендацией или наоборот. Так, в Cern Women’s Club дамы, пришедшие на кружок какого-нибудь рукоделия, представляются следующим образом: "Меня зовут Мишель, мой муж работает в ЦЕРНе, в CMS". После этого остальные рукодельницы, чей муж тоже работает в CMS, автоматически становятся друзьями Мишель.
Если же Вас угораздило быть причастной к ATLAS в компании CMS-ниц, Вам, впрочем тоже будут вежливо-рады. Но не так душевно.
Есть еще, конечно, эксперименты ALICE и LHCb, но с ними обрести единомышленников в женском клубе практически невозможно.

Так вот, теперь о самих детекторах. Протоны, сталкиваясь в ускорителе, рождают частицы-долгожители (электроны, фотоны и далее по списку) и нестабильные капризные частицы, которые тут же умирают. "Умирают" - по-физически это значит - рождают новые электроны, фотоны и снова по списку.

Детектором измеряют следы новорожденных, чтобы узнать характеристики их предка - неизвестной частицы. Если поставить тонкую камеру ("железо", как ее назвал лектор), через нее пройдут все частицы, но только заряженные (электрон, пи-мезон и мюон) оставят след.

Следующее препятствие - электромагнитный калориметр. В нем электроны поют свою лебединую песню, которая называется электромагнитным ливнем. Они размножаются, оставляют следы и наконец умирают - все как у людей. В адронном калориметре в осадок выпадают пи-мезоны в виде адронного ливня.

И только мюон выходит в следующий тур. Его ждет еще мюонная камера. Мюон рождается только за счет слабых взаимодействий, дольше всех живет и хорошо регистрируется, чем вызывает нескрываемую симпатию лектора.

В ATLASе используется электромагнитный калориметр с аргоном для уменьшения погрешности при измерении энергии электронов. На этом интересном месте лектора, который как раз работает на ATLAS и собрался нам поведать все ухищрения тупоконечников в поисках бозона, остановили - учителя опаздывали на ланч. Продолжение следует... ;-)

7 комментариев:

  1. Отлично написано! Прямо представила все эти частицы как живые!
    Жду продолжения. И немножко подробнее о слабом взаимодействии, если можно.

    ОтветитьУдалить
  2. "Мюон рождается только за счёт слабого взаимодействия" - не совсем точно, но вклад электромагнитного при больших энергиях обычно мал, так что мы с О.Зениным решили не ругаться.

    ОтветитьУдалить
  3. Nadya, наконец-то несколько слов о слабом взаимодействии.;-)
    Итак, в природе мы наблюдаем 4 типа взаимодействия.
    1. Гравитационное. Ему подвержены и планеты, и элементарные частицы. Переносчик этой заразы неизвестен.;-)
    2. Электромагнитное. В нем участвуют частицы, имеющие ненулевой эл. заряд. Его переносит гамма-квант.
    3. Сильное. Связывает нуклоны ("кирпичики") в ядре. Его переносчики - глюоны.
    4. Слабое. В нем участвуют лептоны и кварки. Переносчики - промежуточные W- и Z-бозоны.
    Промежуточные бозоны массивны и неповоротливы, поэтому действуют только на малых расстояниях.
    Пример слабого взаимодействия - бета-распад ядра, при котором измеряется его заряд.
    Ядро состоит из положительных протонов и нейтральных нейтронов. В результате слабого взаимодействия при распаде ядра нейтрон превращается... в протон(+)! Правда, при этом еще испускается электрон(-) и антинейтрино.
    Но для нашего ядра важно то, что его заряд стал на 1 больше. Так, из Cs (цезия) с зарядом 55 мы получили Ba (барий) с зарядом 56. А виноват во всем W-бозон.;-)

    ОтветитьУдалить
  4. Спасибо за разъяснения!
    То есть, вы хотите сказать, что всякие W- и Z-бозоны могут вот так просто, за здорово живешь, подменить цезий на барий? Или им нужны какие-то специальные условия?
    Да, и главный вопрос: когда наконец можно будет производить нефть напрямую из воздуха? Очень нужно! :)

    ОтветитьУдалить
  5. to Nadya:
    1: Misha, au secours! ;-)
    2: Да я вас умоляю! Зачем вам это нужно?;-) Откуда же мы тогда будем брать чистый воздух?

    ОтветитьУдалить
  6. 2. Да, наверное вы правы, про воздух. Хорошо, тогда меняю вопрос: когда можно будет получать энергию напрямую из бозонов? Очень нужно! :)

    ОтветитьУдалить
  7. Некоторые изотопы цезия могут превращаться в изотопы бария потому что это энергетически выгодно. Обычно это изотопы, в которых есть избыток нейтронов. Среднее время превращения зависит от размера выгоды. В стабильных изотопах бета-распад энергетически невыгоден.

    ОтветитьУдалить

Related Posts Plugin for WordPress, Blogger...
34736766.39511312.1281612771.897d8cdde8c07ddd4a4f8ee47d436f2c