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... ;-)