Материя

Еще во времена античности греки интуитивно чувствовали, что все тела в природе состоят из мельчайших, невидимых глазу частиц — атомов. В XIX веке физики экспериментально подтвердили существование атомов. Но при этом они открыли, что атомы — не простейшие составляющие материю элементы, а сами состоят из электронов, вращающихся вокруг массивного ядра, те же в свою очередь делятся на протоны и нейтроны.

И сегодня ученые продолжают считать электрон элементарной частицей, но протоны и нейтроны они рассматривают как соединение более простых составляющих — кварков. Возможно, существуют и еще более малые частицы. Никто не рискнет утверждать, что кварк нельзя разложить. Схема известных на сегодняшний день частиц так длинна и запутанна, что любое открытие, способное как-то упростить ее, будет встречено с радостью. Чтобы, описать все существующие в мире физические явления, достаточно знать четыре силы. Первая и давно известная человеку — гравитация или сила тяготения: она обуславливает взаимное притяжение и падение тел друг на друга. Вторая — электромагнитная сила. Она лежит в основе действия электрических и электронных приборов и аппаратов, а кроме того, вызывает различные оптические и химические явления. Именно она удерживает электроны вокруг атомного ядра. Две другие силы, или взаимодействия, проявляются лишь на очень маленьких расстояниях внутри атомного ядра. Слабое взаимодействие, названное так потому, что оно включает в себя крайне медленно текущие процессы, такие, например, как радиоактивный распад ядра урана, действует на всех звездах. Что касается сильного взаимодействия, то оно связывает между собой кварки внутри атомных ядер.
Материя


От наблюдения к теории

Следуя примеру шотландского ученого Джеймса К. Максвелла, который в 1864 году создал единую теорию электричества и магнетизма, физикам недавно удалось объединить электромагнетизм и слабое взаимодействие. Теперь они рассчитывают, что им удастся объединить эту теорию, называемую единой теорией слабого и электромагнитного взаимодействий, с той, которая описывает сильные взаимодействия, — хромо динамикой. Проблема состоит в том, что такое единство, если оно существует, проявится лишь при колоссальных энергиях, которые невозможно получить в ныне существующих ускорителях заряженных частиц. По мнению теоретиков, при возникновении Вселенной (так называемом Большом Взрыве) четыре фундаментальные силы, известные нам сегодня, представляли собой единую силу. Для проникновения в тайны материи используется громадных размеров аппаратура, где в вакууме под очень высоким электрическим напряжением ускоряются пучки заряженных частиц (электронов или протонов) вплоть до скоростей, близких к скорости света. Эти частицы несут в себе столь огромную энергию, что, попадая на какую-нибудь мишень, образуют при столкновении целое «семейство» других частиц. Существуют линейные ускорители (самый протяженный в мире ускоритель находится в Станфорде, в штате Калифорния, и имеет 3 км в длину) и циклические ускорители, такие, как построенный в 1989 году ЦЕРНом (Европейским центром ядерных исследований) недалеко от Женевы (его диаметр -8,5 км). Самые новейшие — ускорители на встречных пучках: в них в одной и той же камере ускоряются два направленных навстречу друг другу пучка заряженных частиц. В месте их столкновения установлены мощные детекторы ядерных излучений. Основная часть полученных при столкновении частиц существует очень недолго. И хотя далеко не все столкновения дают интересный материал, детекторы собирают за секунду столько информации, что ее хватит на то, чтобы заполнить том величиной с телефонный справочник. Эти «происшествия» анализируются на компьютерах, и результаты измерений записываются на магнитную ленту. От начала эксперимента до завершения анализа результатов проходит в среднем от 4 до 5 лет.

Гигантский детектор

Этот огромный детектор измеряет энергию, скорость и направление частиц, полученных при столкновениях на гигантском ускорителе 5Р5
{протонном суперсинхротроне) в ЦЕРНе. Некоторые из них настолько неустойчивы,что распадаются через одну миллиардную долю секунды.
Материя


Крупные ускорители заряженных частиц

Для изучения предельно маленьких составляющих материи в мире существует десяток очень больших ускорителей частиц. Наиболее мощные из них: «Теватрон» в чикагской лаборатории Ферми, 1ЕР в Женеве (ЦЕРН) и синхрофазотрон в Серпухове. А самый большой в мире (88С) появится в Техасе к 2000 г.
Материя


27-километровый подземный туннель

Последним из больших ускорителей ЦЕРНа появился 1_ЕР. Этот ускоритель заряженных частиц 27 км в окружности расположен на глубине 50 м между Францией и Швейцарией.
Материя