Магнит за три тысячелетия (4-е изд., перераб. и доп.) - Владимир Карцев

некоторыми порциями?) в промежутках, равных 10–25 с и менее, необходимы

ускорители частиц на энергию 1 млн. МэВ (почти в 1 млн. раз больше энергии,

полученной Лоуренсом в 1932 г.).

С помощью новых мощных ускорителей ученые надеются разрешить многие вопросы.

Почему природа избрала именно водород элементом, из которого синтезированы все

остальные? Почему материя устойчива? Почему электрический заряд электрона точно

равен противоположному по знаку заряду протона? Почему этот заряд равен именно

1,6·10–19 Кл? Почему протон тяжелее электрона именно в 1846 раз? Не могут

ли оказаться гравитационные, электромагнитные, ядерные и слабые взаимодействия

лишь различными аспектами единой физической реальности?

Существует ли "пятая сила", кроме перечисленных?

Есть ли в природе монополи — частицы, имеющие только один магнитный полюс и

эквивалентные электрическим зарядам? Наконец, можно ли обнаружить "бесы" —

кварки, из которых, быть может, состоят все "элементарные" частицы? Не может ли

время течь в обратную сторону? Все эти вопросы касаются самых глубин нашего

миропонимания.

Профессор Роберт Оппенгеймер, в свое время глава американского атомного проекта,

не исключал, что в процессе экспериментов на таких грандиозных ускорителях могут

быть сделаны просто потрясающие открытия. Кто сказал, например, что причина

всегда предшествует следствию?

"Неизвестно, будет ли иметь смысл традиционное причинное описание событий, т. е.

описание, при котором будущее зависит от прошлого непрерывно прослеживаемым

образом. В хорошо изученных областях энергии не замечено ничего, что делало бы

такие представления о пространстве, времени и причинности неправильными. Высокий

уровень энергии запланированных ускорителей поможет разрешить эти вопросы".

Упоенные успехами, Лоуренс и его помощники сразу же после запуска первого

циклотрона заложили новую гигантскую машину — "циклотрон-мамонт", "циклотрон-

гигант", "циклотрон-монстр". На постройку его были выделены колоссальные

средства. Сотни людей участвовали в строительстве.

И вот циклотрон-колосс построен. Мерцающие полированные плоскости его гигантских

многометровых магнитов уже готовы к тому, чтобы между ними начал вращаться рой

атомных частиц, ускоренных до гигантской по тем временам энергии — 60 млн. эВ.

Но что произошло? Почему проектировщики торопливо проходят мимо еще не пущенного

гиганта, стараясь не глядеть на него? Почему все разговоры о махине, сожравшей

миллионы, встречают холодное молчание?

При уточнении расчетов выяснилось, что вся эта масса металла бесполезна —

лоуренсовский циклотрон в силу присущих ему особенностей и в соответствии с

неумолимой теорией относительности в принципе не может давать частицы энергией

выше 25…30 МэВ.

Масса любой частицы возрастает при приближении скорости частицы к скорости

света. Но частица с большей массой менее подвижна — она начинает отставать от

частиц с меньшей энергией и запаздывает к ускоряющему промежутку, т. е. попадает

к нему в тот момент, когда ускоряющее электрическое поле мало или направлено

навстречу частице и тормозит ее. Все попытки вырваться из этого порочного круга

были тщетны. Ненужный многотонный магнит несостоявшегося рекордного циклотрона

пылился в лаборатории уже более четырех лет, когда появились статьи Векслера,

где впервые была высказана идея "автофазировки", с помощью которой можно

теоретически безгранично повышать энергию частиц, получаемых в ускорителях.

Может быть, только физики в состоянии оценить эстетическую сторону этого нового

принципа. Частицы сами по себе, повинуясь влиянию электрического поля

изменяющейся частоты, приходят к ускоряющему промежутку как раз в тот момент,

когда это необходимо — ни на мгновение раньше, ни на мгновение позже.

Те самые исторические три статьи, подписанные до того неизвестным именем —

В.И.Векслер — появились в 1944 г. в журнале "Доклады Академии наук СССР". Эти

статьи открыли новую эпоху в создании ускорителей.

"Нельзя ли использовать это "вредное" для циклотрона нарастание массы частиц при

увеличении их скорости в наших целях? — так писал Векслер. — Иными словами,

нельзя ли создать такие условия, при которых период обращения частиц, по крайней

мере в среднем за много оборотов, автоматически поддерживался бы всегда равным

периоду ускоряющего переменного поля именно за счет возрастания энергии частиц?

Если бы нам удалось осуществить это требование, то очевидно, что важный для

ускорения резонанс мог бы сохраняться сколь угодно долго, т. е. можно было бы

ускорять частицы до сколь угодно больших энергий".

Идея Векслера сводилась к тому, чтобы при росте массы частиц повышалось и

магнитное поле, что уменьшало бы радиусы их орбит: "При каждом прохождении через

щель частицы испытывают разное приращение массы (и соответственно разное

приращение радиуса, по которому их заворачивает магнитное поле) в зависимости от

напряжения поля между дуантами в момент ускорения данной частицы. Оказывается,

что среди всех частиц имеются такие выделенные "удачливые" частицы (они обычно

называются равновесными). Для этих равновесных частиц механизм, автоматически

поддерживающий постоянство периода обращения, особенно прост.

"Удачливые" частицы при каждом прохождении через щель дуантов испытывают

приращение массы и увеличение радиуса окружности. Оно точно компенсирует

уменьшение радиуса, вызванное приращением магнитного поля за время одного

оборота. Следовательно, "удачливые" (равновесные) частицы могут резонансно

ускоряться до тех пор, пока происходит возрастание магнитного поля".

Удивительна, почти неправдоподобна судьба академика В.И.Векслера. Семи лет, в

начале первой мировой войны, остался он без отца, погибшего на фронте, и в

1921 г. во время голода на Житомирщине, страшной разрухи, навсегда бросил свой

сиротский дом и один, без денег оказался в Москве. Он становится беспризорником.

Ночует, греясь у асфальтовых чанов, на Хитровом рынке. Во время одной из облав

его забирает милиция и направляет в детский дом имени Коминтерна, в дом-коммуну,

устроенную в старинном, покинутом хозяевами особняке в Хамовниках.

В том доме поселились 25 бывших беспризорных. Жизнь их была строго

регламентирована: ранний подъем, кухонные работы, уборка, завтрак, школьные

занятия, обед. Вечером в коммуне работали всевозможные кружки. После ужина в

точно обусловленное время — сон. В доме-коммуне царили свои законы. По всем

вопросам жизни решение принимали на общем собрании, и оно не подлежало

обсуждению, критике и обжалованию.

Здесь, в коммуне, Владимир Векслер необычайно увлекся физикой и однажды поразил

своих друзей тем, что сам построил детекторный радиоприемник.

Он оказался прирожденным общественником, всегда был впереди, не пропускал ни

одного культурного мероприятия, ни одного посещения театра; он — активный

участник антирелигиозной пропаганды, всевозможных коллективных выходов, работ на

общественных огородах.

Владимир довольно прилично окончил школу и в 1925 г. был отправлен Хамовническим

райкомом комсомола Москвы электромонтером на фабрику имени Свердлова. Там он

проработал более двух лет и, разумеется, отлично проявил себя как с

производственной, так и с общественной стороны. Завод дал ему комсомольскую

путевку в институт. В то время шла кампания по совершенствованию вузовской

работы, полная всяческих перемен и реформ, частых изменений программ и профилей

обучения. Так и получилось, что В.И.Векслер, поступив на очное отделение

Плехановского института народного хозяйства, окончил в конце концов экстерном в

1931 г. Московский энергетический институт, получив диплом инженера-

электротехника. Его узкой специальностью стало рентгеновское оборудование.

К этому времени он работал во Всесоюзном электротехническом институте, в

лаборатории рентгеноструктурного анализа, где разрабатывал методы измерения

ионизирующего излучения, собственными руками изготовляя нужные установки. Один

из его учеников вспоминал впоследствии: "Почти 20 лет он сам собирал, монтировал

различные придуманные им установки, никогда не чураясь любой работы. Это

позволило ему ясно видеть не только фасад современной физики, не только ее