← На головну

Як створюють неіснуюче. Фізика прискорювачів. Науково-популярна лекція.

Опубліковано: 2026-09-09

Як створюють неіснуюче. Фізика прискорювачів. Науково-популярна лекція.

Transcript

Вступ

0:01 · Шановні глядачі, я вас вітаю. У своїх минулих лекціях я розповідав багато про різні загадки нашого всесвіту. От я казав про антиматерію. Це якесь дзеркальне відображення нашого світу, яке чомусь зникло у перші миті після великого вибуху. Я розповідав про поле Гікса, яке надає всім іншим частинкам маслу. Я розповідав, які взагалі

0:26 · елементарні частинки бувають, як вони взаємодіють. Я розповідав про кварки, про глюони, про різні там векторні базони. Я розповідав про купу інших речей. Але от звідки ми взагалі все це знаємо? От чому фізики взагалі впевнені, що знайшли частинку, якої взагалі в природі у вільному стані не існує?

0:49 · От як можна взагалі стверджувати, що якщо ми беремо протон, то всередині цього протона є кварки? Якщо жоден фізик у світі ніколи не тримав отак кварку в руках? ніколи не бачив його на власні очі.

1:02 · І от е сьогодні я б хотів якраз поговорити про те, який інструмент у нас для цього існує. Про чи не єдиний інструмент, який дозволяє людству, науковцям робити подібні відкриття, а саме про прискорювачі частинок.

1:20 · Коли ми хочемо зрозуміти, як влаштований світ навколо нас, наша перша, ну, наша інтуїтивна реакція подивитися.

1:28 · Ми взагалі від природи звикли до певного пасивного спостереження. Якщо нам не вистачає гостроти нашого власного зору, ну, ми починаємо використовувати певні, звичайно, що інструменти. Якщо ми хочемо роздивитися щось дуже маленьке, ну, якусь там, не знаю, бактерію, якусь клітину, клітину крові, ми беремо оптичний мікроскоп. Якщо нам потрібно десь вглиб космосу зернути, ну тоді ми будуємо телескопи, невеличкі телескопи, гігантські телескопи. Якщо зовсім не вистачає, ми їх кудись там виводимо на орбіту. І от ми просто збираємо світло,

2:00 · яке летить до нас мільярд років. Нам мало тих телескопів, будуємо більші.

2:06 · Мало телескопа хабла, будуємо телескоп web. Якщо і його не буде вистачати, ми побудуємо ще щось ще більше.

2:15 · Космос весь час надсилає до Землі дуже багато чого цікавого. Треба лише це цікаво якось спіймати.

2:23 · І от, до речі, саме так з космосу колись люди і відкрили антиматерію.

2:30 · Першу античастинку, антиелектрон, тобто позитрон, його зафіксували якраз у космічних променях. Це певний природній потік частинок, який постійно бомбардує нашу атмосферу. Він латить з глибин космосу, з глибин всесвіту і падає весь час.

2:47 · Але спостереження за космосом - це завжди лотерея. Це от пасивне чекання милості від природи. Космічні промені дають нам лише випадкові події. Ми не можемо сказати космосу: "От створи мені там, не знаю, мільярд базонів Гікса прямо зараз, от в цій точці простору, щоб я міг прямо зараз і тут вивчити їх властивості". Ну, це так не працює.

3:12 · Космос так не працює.

3:15 · Тому, якщо ми хочемо не чекати милості від когось, якщо ми хочемо спуститися на найглибші рівні матерії, ми дуже швидко впираємося в глиху стіну. Нам доводиться от буквально усвідомлювати, що світ на малих масштабах принципово не є зменшеною копією нашого макросвіту.

3:40 · В світі, навколо нас, в нашому повсякденному житті все здається таким безперервним, плавним. Ми бачимо гладку картину реальності. Ми можемо дивитися на камінь, і камінь від цього ніяк не змінюється.

3:53 · Наше спостереження завжди є пасивним.

3:59 · Але коли ми хочемо подивитися на мікросвіт, там зовсім інші правила гри.

4:05 · Там немає жодної безперервності.

4:08 · Там планує дискретність. Ну, це називається квантованість.

4:13 · Будь-яка спроба щось дізнатися про об'єкт, це не пасивний погляд на цей об'єкт, це неминуча взаємодія з цим об'єктом.

4:23 · А взаємодія, якщо казати на фундаментальному рівні, це завжди зіткнення.

4:30 · Ви не можете просто підглянути за електроном, якщо ми в цьому цей електронсь так не штовхнемо якоюсь іншою частинкою.

4:38 · І кожна ця взаємодія, кожен цей поштовх, він змінює сам об'єкт, який ми намагаємося дослідити.

4:48 · І тому оптика тут працює не дуже добре.

4:51 · Тут виникає так звана дифракційна межа.

4:55 · Коли ми кажемо щось побачити, ну, зазвичай ми маємо на увазі світло. Ну, видимий діапазон довжин хвиль. Світло - це електромагнітна хвиля. Якщо казати про довжину хвилі світла, то це діапазон приблизно там від 400 до 700 наномет. Це крихітна величина для нашого масштабу, але 400-700 нм - це величезна величина для мікросвіту.

Дифракційна межа

5:22 · І хвильова оптика каже нам, що хвиля може якось відреагувати, тобто зафіксувати лише такий об'єкт, який за своїми розмірами співставних із її власною довжиною або більше за неї.

5:37 · Уявіть собі морські хвилі. От в нас є берег і на цей берег накочується морська хвиля. Якщо на шляху цих хвиль стоїть величезна скеля, хвиля вдариться об цю сквелю, відіб'ється і за цією скелею в нас виникне видима тінь. Ми чітко розуміємо, тут щось є.

5:58 · А тепер уявіть, що на шляху цієї ж хвилі стоїть, ну, тоненька очератина. Хвиля її навіть не помітить. Вона просто пройде крізь неї. Вона рушить далі. Вона майже не змінить своєї форми.

6:14 · І от те ж саме відбувається, коли ми намагаємося подивитися на мікросвіт. Так само видиме світло поводиться з атомами і елементарними частинками.

6:24 · Будь-яка елементарна частинка, будь-який електрон, будь-який протон для світлової хвилі це навіть не очератино. Це це порожнє місце. Світло просто проходить повз. Воно фізично не здатно намалювати нам якось їхній силует.

6:42 · Якщо об'єкт значно менший за довжину хвилі, то зафіксувати його неможливо.

6:51 · Оптичний мікроскоп, навіть якщо б ми його з'явили, зробили прям ідеальним, якщо якщо просто от неймовірно велике збільшення, він принципово не здатний показати нам протон, електрон чи кварк, на жаль.

7:07 · Тому, якщо ми хочемо побачити дрібніші деталі, нам потрібні хвилі з набагато меншою довжиною. І це дійсно використовується. Це рентгенівське опромінювання, це гама кванти. Так, це варіант, це працюючий варіант, але у них теж є своя межа.

7:26 · І з ними, ну, не завжди зручно працювати.

7:31 · То що робити?

7:33 · Квантова механіка підказує нам в цьому випадку дуже гарний вихід. Я розповідав це в лекції про квантовий світ. Це відомий факт, який відомий ще до 20-х- 30-х років XX століття, коли відомий французький фізик Луї Дебройль вперше сформулював ідею, що в

7:53 · нашому світі немає окремо частинок хвиль, що діє так званий корпускулярно-хвильовий дуалізм. Кожна частинка має ознаки хвилі, тому кожна частинка має свою довжину. І ця довжина, вона обернено пропорційна її імпульсу, тобто швидкості.

8:16 · Якщо ми хочемо зменшити довжину вилі будь-якої частинки, щоб зробити оцей щуб, який ми хочемо подивитися на щось, щоб зробити його неймовірно гострим, щоб зробити його таким, який здатний проникати всередину атома, всередину ядра, нам потрібно збільшити імпульс частинки, збільшити швидкість. Імпульс - це швидкість, помножена на масу. Ну, звичайно, що там з урахуванням певних релятивістських анектів.

8:48 · Тому, якщо ми хочемо зменшити масштаб дослідження, якщо ми хочемо зазирнути туди, де от всі ті фундаментальні сили нашого світу народжуються, нам не потрібно покращувати скло в мікроскопах.

9:01 · Це не допоможе.

9:03 · Нам потрібно взяти будь-яку частинку і розігнати цю частинку до неймовірно великої швидкості. Тобто надати цій частинці неймовірно великий імпульс.

9:14 · Тоді довжина її хвилі стає дуже маленькою і вона здатна, ну, скажімо так, намацати нам от внутрішню структуру того ж самого атома чи ядра чи навіть протона.

9:28 · Тому чи не єдиний прилад, ну, точніше це не прилад, це тіле сімейство, грандіозне сімейство приладів, яке здатно допомогти нам вирішити це завдання, от подивитися всереду мікросвіту. Це прискорювачі частинок.

9:45 · Фактично, це наші єдині, це наші безальтернативні, ну, в лабках супермікроскопи XX століття.

Прискорювач - машина для свторення неіснуючого

9:54 · Але це лише одна з їх дуже важливих наукових функцій. Вона важлива, але вона не єдина.

10:04 · Якщо ми кажемо про мікроскоп, то це завжди пасивний інструмент. Мікроскоп завжди показує те, що вже існує в природі, незалежно від нас.

10:16 · Прискорювач, на відміну від цього, це не просто супермікроскоп. Це єдина доступна людству машина, яка здатна створювати те, що у нашому світі взагалі не існує.

10:29 · Тому що для того, щоб вивчити мікросвіт, щоб створити щось нове, ми не збираємо його по цеглинках. Ми навпаки його руйнуємо і ніяк інакше.

10:42 · Е, у популярність літературі часто використовують таку аналогію. От уявіть собі, що перед вами лежить старовинний механічний годинник. Вам дуже хочеться дізнатися, як він влаштований всередині, які там, не знаю, шестерні, пружини, але у вас немає викрутки. Більш того, цей годинник настільки міцно запечатаний, його деталі такі дрібні, що жоден інструмент, який у вас є, взагалі його не візьме.

11:10 · Що тоді залишається нам робити, якщо ми кажемо про фізику? Якщо ми кажемо про аналогію з фізикою, то фізика високих енергій робить так. Вона бере два ось таких годинники. Вона розганяє їх до шалених швидкостей і потім вона б'є одним годинником в інший, а потім бере дуже високошвидкісну камеру і вона дивиться за траєкторіями розльоту

11:36 · уламків. У нас є повний, ну, начебто хаос. Але за цим хаосом вчені намагаються відновити креслення. оцього початкового механізму або інша аналогія.

11:50 · От уявіть собі, що ви хочете зрозуміти, як влаштований рояль, за якими законами народжується його акустика, але от чомусь правила світу, де ви живете, такі, що просто підійти і відкрити кришку цього рояля ми не можемо. Що ми тоді робимо? Тоді ми піднімаємо цей рояль кудись на дах височенного хмарачоса.

12:11 · Потім ми цей рояль кидаємо вниз на бетон з даху цього хварачоса. І в момент цього удару, коли струни в роялі лопаються, коли шматки дерева розлітаються на сотні метрів, ми намагаємося по цьому звуку якось зрозуміти будову музичного інструменту. Ми намагаємось якось осягнути, на які ноти взагалі він був налаштований. Ну, на перший погляд, здається, що за маячня? Хіба це взагалі наука? Невже не можна ніяк делікатніше з природою?

12:44 · На жаль, ні.

12:46 · На жаль, по-іншому ніяк.

12:49 · Коли ми кажемо про мікросвіт, то спосіб руйнування - це єдиний можливий спосіб відкриття.

12:57 · Наприклад, кварки всередині протона, ее, зв'язані так званою сильною взаємодією.

13:03 · От носіє цієї взаємодії, Гуліони, вони тримають їх неймовірно міцно до купи. І ця сила має унікальну властивість, так званий confмен.

13:13 · Коли ми намагаємося віддалити кварк один від одного, сила їх притягання не слабшує, як звичайна гравітація. Коли ми віддаляємо два тіла, сила між ними стає слабшаю, а навпаки зростає. Тобто ми віддаляємо і чим далі, тим сильніше вони тягнуться назад. Тому ми не можемо просто відрізати шматочок протона. Нам потрібен удар. такої гігантської сили, яка просто зруйнує цю гумку.

13:44 · Але це ще не найбільш тивне.

13:48 · Якби ми просто там розбивали годинники чи роялі, ми б знаходили лише уламки того, що там вже було. Оці шестерні, на яких годинникар побудував цей годинник.

13:59 · Але у фізиці елементарних частинок все не так.

14:04 · Коли ми маємо дві частинки, і ці дві частинки стикаються на дуже високих, рельтивійських, над світлових швидкостях, кінетична енергія, оця енергія їх руху, енергія їх зіткнення, вона перетворюється на масу абсолютно нових частинок.

14:20 · Е, я вже багато розповідав в минулих лекціях про відому формулу Альберта Айнштейна і E MC S². Енергія дорівнює масі на квадрат швидкості світла.

14:34 · Ми звикли читати цю формулу зліва направо. Коли ми, наприклад, говоримо там про ядерну зброю чи атомні електростанції, коли ядерна бомба вибухає, то частина маси, ну, наприклад, урана чи плутонія, перетворюється на гігантську кінетичну енергію цих уламків, які розлітаються в усі сторони.

14:55 · Але коли ми кажемо про прискорювач, то він працює в зворотньому напрямку. Ми читаємо це рівняння справа на лімо. Ми беремо концентровану в одній точці кінетичну енергію і трансформуємо її в масу нових об'єктів.

15:11 · Е-е, я про це вже трохи казав в минулих лекціях, наприклад, лекції, що таке маса з точки зору сучасної науки. Я казав, що маса - це не якась там первинна цеглинка, це не якась субстанція, яку можна так намацати.

15:26 · Це по суті внутрішня енергія будь-якої системи.

15:32 · Е, якщо казати мовою квантової теорії поля, наш світ не є порожнечю, який там літають кудись кульки, частинки. Всесвіт це океан фундаментальних квантових полів. Ці поля існують в кожній точці простору. Є електромагнітне поле.

15:49 · Є електронне поле, є кваркові поля, є поле хікса, є базонне, глюонне поле. Те, що ми називаємо частинками - це лише локалізовані певні квантові збудження тих полів. Це це хвилі, це сплески, які виникають в певних місцях на цьому безмежному океані.

16:13 · І тут зрозуміло, чим є прискорювач в рамках квантової теорії поля. Це не просто там, не знаю, лупцювальник частинок.

16:21 · Це прилад, який дозволяє перекачувати енергію з одного квантового поля в інше.

16:30 · От уявіть собі дві частинки, дві стабільні частинки. Ну, наприклад, два протони. Два протони - це стійкі збудження певного протонного, ну, насправді, кваркового поля. Вони не зовсім елементарні. Вони складаються там з трьох кварків, вони складаються з гліонного поля між ними. Нас це не дуже цікавить.

16:50 · Важливо, що це стабільні частинки. Вони можуть існувати самі по собі, ну, мільярди, мільярди, мільярди, мільярди років. Але коли ми беремо ці частинки, ко коли ми їх розганяємо на зустріч один одному, ну, наприклад, в певному тунелі колайдера, ми накачуємо ці збуження величезною кінетичною енергією.

17:12 · У нас є дві хвилі, яка які рухаються назустріч одна одного. Ця енергія накопичується в їх імпульсі. І коли ці два збудження стикаються, вся їх накопичена енергія звільняється в дуже маленькому, в крихітному об'ємі простору.

17:31 · Що робить ця енергія? Вона не може нікуди зникнути.

17:36 · Вона починає бити сусідні квантові поля.

17:40 · До цього вони були в стані спокою.

17:43 · Енергія удара буквально струшує вакуум.

17:47 · При цьому можуть виникати, ну, в принципі, будь-які частинки, аби тільки оцієї енергії вистачило, щоб виникле нове збудження.

17:58 · Наприклад, ну, цей удар може породити поле топхварків, може породити поле ZW бозонів, поле хікса.

18:07 · Енергія, яку ми туди накачали, перетікає туди, де її ніколи не було. І в таких кількостях, що ми отримаємо нове збудження, нову хвилю, нову частинку, якої до того взагалі не існувало.

18:24 · Е, це певним чином схоже на те, як ви сильно б'єте рукою по поверхні води в басейні. Енергія вашого удару народжує оці бризки. народжуються хвилі, які розлітаються в усі боки.

18:41 · Тільки коли ми кажемо про колайдер, то цими брисками є нові, абсолютно важкі частинки, яких до того взагалі не існувало.

18:52 · Тому прискорювач фактично це інструмент, який дозволяє нам штучно збудити найекзотичніші поля всесвіту.

19:02 · ті поля, для активації яких потрібно, ну, величезна щільність енергії, якої вимог землі просто ніде не існує.

19:12 · Е, так, е, теоретично от певні такі події можуть утворюватися в космосі. Ну, я далі трохи розкажу про так звану частинку: "О, Боже мій! О, my God". Її зафіксували приблизно 35 років тому. І вона мала енергію більшу, ніж може дати будь-який прискорювач. причому там в мільйони разів. Але такі частинки дуже рідкісні. Науку на таких частинках не побудуєш.

19:41 · Тому без цього от перекачування ми б ніколи не дізналися про існування більшої кількості частинок стандартної моделі сучасної фізики. Ми б так і думали, що всесвіт обмежується лише тими декількома полями, тими декількома частинками, з яких побудована наша повсякденна матерія. І все.

20:02 · Тому, коли ми кажемо про прискорювач, це не просто лупа, це не просто мікроскоп, це машина, яка здатна створювати умови всесвіту, яких зараз в ньому просто не існує.

20:16 · Вона вибиває з вакууму ті частинки, яких зараз от в нашому сучасному холодному світі вже ніде не знайти.

20:27 · Так, колись вони існували? Колись, на початку існування нашого всесвіту, після великого вибуху, приблизно 13,7 13,8 млрд років тому, енергії були величезні, але, на жаль, машини часу у нас немає. Ми не можемо повернутися в минуле, ми не можемо подивитися на це. Так що єдиний спосіб отримати ті частинки зараз прискорювачі.

20:52 · Саме так на прискорювачах, наприклад, відкрили топк quarkк. Це найважче з усіх елементарних частинок.

21:01 · Саме так у 2012 році на великому адронному колайдері зафіксували базон гікса. Ці частинки не літають навколо нас. Їх немає в атомах нашого тіла, їх немає в повітрі, їх ніде немає. Вони народжуються лише там, де сконцентрована екстремальна кількість енергії.

21:22 · Вони народжуються в момент оцього катастрофічного зіткнення пучків. Вони живуть мізерні частки секунди. Вони майже миттєво розпадаються. Вони залишають за собою певний енергетичний слід. І оцей слід на детекторах ми сам і реєструємо. І по ньому ми намагаємося відновити, що то було.

21:49 · Тому коли от ми говоримо про прискорювачі, слід розуміти, це недопоміжний прилад для фізиків, якому яким просто дали от багато грошей, не було куди подіти. Це єдиний, це безальтернативний спосіб зробити оцей невидимий, неіснуючий у повсякденному світі експериментмент реальному доступним.

22:11 · Це машини, які буквально розширюють можливості наших очей, але не тільки.

22:16 · вони змінюють сам наш спосіб взаємодії з реальністю. І от саме про це я хотів би сьогодні вам розказати. Сьогодні ми з вами пройдемо весь шлях їх розвитку від перших скляних трубок, які вміщалися десь там на лабораторному столі до гігантських підземних кілець довжиною в десятки кілометрів. Ми розберемося, як

22:42 · саме фізикам вдається підкорити ці невловіми пучки. за допомогою яких магнітних електричних полів ми їх утримуємо і чому колайдери - це лише одна найвідоміша, але лише частина цього дивовишного світу технологій.

Історія розвитку прискорювачів

23:00 · Зазвичай, коли ми на цьому каналі говорили про певні фундаментальні поняття фізики, ну, про природу часу, про масу, про всесвіт, ми починали дуже здалеку. Ми дійшли кудись там від давніх греків, від демокріта з його неподільними атомами. Потім ми переходили до Аристотеля. Потім ми намагалися подивитися там, як Галілей кидає кудись кулі з Пізанської вежі. Ми дивилися, як Ньютон формулює свої відомі закони, які, як тоді здавалося, керують всім всесвітом.

23:33 · І в університеті, і на цьому каналі, е, я ніколи не починаю лекції відразу. От з основної теми я намагаюся завжди підвести до неї. І оця прелюдія, вона часто буває певним чином співмірна з основною темою.

23:54 · Але чи можна так само почати історію прискорювачів?

23:59 · Чи була б, наприклад, оця ідея зрозуміла, якщо ми кажемо про Оксфорд X століття, якщо ми кажемо про Ісаака Ньютона?

24:11 · З однієї сторони, так, Ньютон вже чудово знав, що таке кінетична енергія. Він знав, що таке імпульс. Він знав, що таке зіткнення.

24:24 · Ідея про те, що вдарити сильніше, щоб щось розбити на шматочки, вона цілком вкладається в його механістичну, його механічну картину світу.

24:37 · Але з іншої сторони Ньютон уперся би в глухий кут. От чому в його світі панувала гравітація?

24:49 · Гравітація з однієї сторони - це сила, яка керує рухом планет, але з іншої сторони це неймовірно слабка взаємодія.

24:59 · Ми не можемо побудувати прискорювач, який розганяє оці протони за допомогою гравітаційного притягання.

25:07 · Так, дійсно, гравітація здатна на щось подібне. Гравітація може прискорювати частинки до величезних швидкостей, але єдиний спосіб це зробити - це розмістити ті частинки десь біля чорної діри. Нам потрібна чорна діра, щоб створити гравітаційний прискорювач.

25:28 · Ну і звичайно, що це неможливо. У нас немає лабораторій з чорними дірами і до найближчої чорної діри нам сотні тисяч світлових років.

25:39 · Тому для того, щоб з'явився перший прискорювач, людству була необхідна зовсім інша технологія. Нам потрібна сила, яка у величезну кількість разів сильніша, потужніша за гравітацію. Ну, якщо більш точно, то у 10 в 36 степені разів. І ця сила називається силою електромагнетизму.

26:04 · Нам потрібен закон, який прискорює так само частинки, але не тяжінням, а силою колона.

26:13 · І відповідно до цього лише з появою електромагнітної індукції, лише з появою теорії електромагнітного поля з'явилася можливість будувати прискорювачі, сучасні прискорювачі.

26:26 · В лекції про магічні числа всесвіту я розповідав про те, що гравітаційна взаємодія відноситься до електромагнітної взаємодії у певну кількість разів, яка називається альфа G.

26:43 · Це одна з магічних сталих нашого всесвіту. Ми досі не розуміємо чому, але чомусь електрична сила сильніша за гравітаційну саме ось в таку десь в 36й степені кількість разів.

27:00 · Тому історія прискорювачів починається не так давно. Вона починається не в тиші філософських садів Давньої Греції, як як в свій час герой одного з моїх найбільш улюблених серіалів сіткомів Шелдон Cooper намагався пояснити фізику Пенді.

27:17 · Історія прискорювачів починаються наприкінці X століття. От давайте туди подумки і перенесемося.

Початок історії: трубки Крукса, катодні промені

27:26 · У 1870х роках європейські фізики масово почали захоплюватися так званими газорозрядними трубками.

27:37 · Найбільш досконалі трубки на той час створював, ну, не дуже відомий, але все ж таки видатний британський фізик і хімік сер Вільям Крус.

27:50 · Особистість, до речі, досить цікава. Ее, з однієї сторони, це блискучий експериментатор, це член королевського товариства. Він відкрив хімічний елемент талій. А з іншої сторони це завзятий прибічник спіритизму, який намагався досліджувати привидів за допомогою своїх наукових приладів.

28:15 · Ну, звичайно, що привидів він так і не відкрив. А от гаразрядні трубки, які він при цьому створював, вони виявилися досить гарними і вони виявилися досить перспективними для подальшого розвитку науки.

28:33 · Е-е, це такі собі вигадливі скляні колби, в яких за допомогою перших механічних насосів намагалися повністю відкачати повітря. Ну, зробити щось, що сьогодні ми б назвали вакуум.

28:49 · В середині цієї трубки у нас були два металеві контакти у фізиці.

28:56 · Вони називаються катодом і анотом.

29:00 · Ну, зазвичай в своїх лекціях, коли я про щось розповідаю, то я за замовченням вважаю, що базові поняття фізики людям зрозумілі.

29:16 · Тому, наприклад, коли я кажу слово імпульс, то я не пояснюю, що імпульс - це міра кількості руху. Я не пояснюю, що імпульс - це величина, яка в найпростішому випадку, знов таки в класичній фізиці Ньютона, дорівнює добутку маси певного тіла на його швидкість.

29:38 · Але через це я часто потрапляю в певну пастку викривленого розуміння знань людей. Бо мені, наприклад, здається, що такі поняття, як анот чи катод, ну, вони базові. Мені здається, що їх мають знати всі. Це шкільна база, але от виявляється, що це не зовсім так.

30:05 · Тому в своїх лекціях я намагаюся певним чином балансувати.

30:11 · З однієї сторони не спрощувати зато для тих, хто фізику вже знає, а з іншої сторони пояснювати якось тим, для кого ці терміни не дуже зрозумілі.

30:26 · Мені часто в коментарях пишуть: "Дякую, дуже цікаво, хоч майже нічого незрозуміло".

30:34 · Я навіть не знаю, як такі коментарі сприймати.

30:39 · З однієї сторони, це комплімент чи навпаки це натяк, що я щось роблю не так і треба щось робити, якось бути простіше. Ну, але вже як є. В будь-якому разі, для тих, хто трохи підзабув шкільну програму, я коротко нагадаю, що таке анот і що таке катод.

31:04 · От уявіть собі звичайну батарейку.

31:06 · У цій батарейки є два полюси: плюс і мінус.

31:11 · В акумуляторах чи певних лабораторних установках той контакт, який підключається до негативного полюсу, ну, тобто до мінусу, він називається катод.

31:23 · Якщо ми кажемо про звичайний струм в металах, наприклад, то носії струму в металах - це електрони.

31:33 · вони мають негативний знак. А тому, відповідно, катод - це джерело, це витік зарядів.

31:43 · Інший контакт цієї батарейки, він підключається до позитивного полюсу, до плюца. І він називається анот. Він працює як приймач. Негативні частинки електрони, вони рухаються від мінус катода плюс анода. Вони прагнуть потрапити під дію сили Кулона до Анода.

32:08 · Так от, сер Вільям Крукс у своїх експериментах, ну, я точно не скажу роки, це приблизно 1875-1878, десь так. Він подавав на ці контакти в трубку гігантську на той час напругу. Це були 1000 В. В нього були спеціальні контушки, індукційні катушки, і він створював цю велику напругу і подавав на ті два електроди.

32:37 · І коли повітря всередині цієї колби залишалося зовсім мало, воно переставало світитися оцим чудовим фіолетовим сяйвом, як звичайна неонна вивіска. Бо неонні всі ті лампи, газоро розрядні лампи, це і є лампи, в яких відбувається цей розряд.

32:53 · Натомість вся колба ставала темною, але саме скло на протилежному кінці трубки якраз навпроти катода. Воно починало світитися дуже яскравим таким жовто-зеленим світлом.

33:12 · Ее, як я вже казав, Вільям Крукс дуже полюбляв спіртизм.

33:18 · І йому здавалося, що це якась така невидима армія привидів вилітає з мінуса катода. Вона ігнорувала позитивний анот і вона летіла далі крізь порожнечу. Із силою ці привиди бомбардували скляну стінку колби.

33:38 · Рукс навіть поставив в середину цієї трубки певну металеву мішень. Причому не просто мішень, а мішень у вигляді мальтійського хреста.

33:49 · Ну, мабуть, він думав, що це може якось вплинути на ці прилади привиди. Може, ці приводи кре хреста бояться, я не знаю. І на світлому склі з'явилася дуже чітка, ідеально геометрична цінь цього хреста.

34:06 · З точки зору фізики це означало, що з катода по прямій лінії вилітає щось, що переносить величезну енергію.

34:18 · Ну, ніхто не знав абсолютно, що це за об'єкти, що це за частинки. І ті загадкові частинки тоді так і назвали катодні промені, бо це промені чогось, що летять з катода, з від'ємного зряда.

34:35 · Але що це таке?

34:39 · В кінці X століття, десь у 80-х90-х роках, в фізиці були дві основні фізичні школи, дві основні думки щодо цих катодних променів. Це була британська думка і це була німецька думка. Ну, британська німецька школа.

35:01 · Якщо ми кажемо про німецьку школу фізики, то це були такі видатні вчені, як Генріх Герц, той самий Герц, який відкрив електромагнітні хвилі, та його учень Філіп Ленард. І от вони були переконані, катодні промені - це якісь хвилі, це нові, невідомі науці, якісь ультакороткі коливання якогось, знов таки невідомого ефіру.

35:28 · Вони стверджували, що ці промені - це щось на кшталт ультрафіолетового рентгенівського світла.

35:37 · І в принципі у них були всі підстави так вважати. Отой самий Ленард, учень Герца, він зробив таке досить тонке віконце з алюмінієвої фальки. І він показав, що ці промені можуть виходити назовні з цієї трубки кудись там в кімнату повітря. Ну, якщо б це були частинки, як тверда частинка може пролетіти через шматок металу? Здавалося, що ніяк.

36:07 · Здавалося, що це можуть робити тільки хвилі.

36:11 · Е, на відміну від німецької школи, британська школа фізиків пішла іншим шляхом. І, ну, головним діячем цієї школи був молодий на той час і досить амбітний фізик Джозеф Джон Томпсон.

36:27 · Він тоді працював в кавендиській лабораторії, це в Кембрджі. І він казав: "Ні, це не хвилі.

36:37 · Ефір ваш, шановні німці, тут ні до чого.

36:41 · Це потік певних дуже крихітних матеріальних мікроскопічних частинок. Ці частинки мають абсолютно реальну масу і вони мають негативний заряд. Саме тому вони рухаються від катона до анода.

36:58 · Ця суперечка тривала десь там 15-20 років до жовтня 1897, здається, року, коли Томпсон провів серію експериментів, які сьогодні є, в принципі, базою будь-якого прискорювача у світі.

37:21 · Оскільки німці стверджували, що оці промені ніяк не реагують на електрику, Томпсон створив ще більш глибокий вакуум всередині цієї трубки, щоб газ там взагалі ніяк не заважав цьому експерименту.

37:38 · І, е, помістив от ті катодні промені між двома пластинами. І він подав на ці пластини певну напругу.

37:49 · І він побачив, що при цьому ці промені чітко відхиляються в бік позитивної пластини.

37:58 · Це не могло бути світло.

38:00 · Світло, як я вже казав на початку нашої лекції - це електромагнітна хвиля.

38:06 · Електромагнітна хвиля ніяк не взаємодіє з іншими електричними полями. Світло не відхиляється десь в магніті. Світло не відхиляється під дією певних електричних полів. Хвилі світла принципово так робити не вміють.

38:23 · Якщо щось відхиляється в напрямку плюса, то це якісь негативно заряджені реальні частинки.

38:33 · Томпсон провів досить багато експериментів.

38:37 · Він виміряв відношення заряду цих частинок до їх маси. І виявилося, що ці от частинки променів, частинки катодних променів десь в 2 000 разів, ну там 1800 з чимось разів легші за найлегший відомий на той час атом. Ну і на той час, і зараз це атом водню.

39:04 · І таким чином можна сказати, що Томпсон відкрив першу елементарну частинку електро.

39:11 · І от саме з цього відкриття починається нова сторінка в історії фізика, а саме поява атомної фізики, тому що атом виявився дуже складною системою.

39:24 · І пояснити будову цього атома, пояснити, що там є насправді. Наука змогла лише через три десятки років, вже у 1920-30х роках, коли виникла абсолютно нова наука, яка зовсім по-іншому подивилася на наш світ, а саме квантова механіка.

39:44 · Якщо ж ми кажемо про оцю трубку Крукса, то Крукс, сам того не знаючи, створив перший в історії лінійний прискорювач електродів.

39:56 · Його трубка використовувала різницю потенціалів між катодом і анотодом, щоб відірвати електрон від металу і щоб розігнати його в цьому електричному полі.

40:09 · Але тут виникла проблема.

40:14 · Енергія цих електронів була мізерна.

40:18 · Так, її вистачало, щоб там скло почало світитися.

40:23 · Вони могли іонізувати газ, але вони не могли б робити от електронну шубу атома і задирхнути всередину.

40:33 · Щоб подивитися на атом, ми повинні пробити його оточуючий шар і дістатися до ядра.

40:41 · прискорювати електрони до великих енергій тоді ще не вміли. Тому для дослідження, що ж саме знаходиться всередині атома?

40:52 · Потрібні були значно більш важкі, значно більш енергетичні снаряди.

Поділ крискорювачів

41:01 · І от, до речі, саме в цей момент на межі X-X століття у фізиці почав викристалізовуватися оцей фундаментальний поділ, який залишається у силі і сьогодні.

41:18 · Усі прискорювачі, які взагалі існують, можна поділити на два принципово різних табори.

41:27 · По-перше, це прискорювачі легких частинок. Ну, коли ми кажемо про легкі частинки, ми маємо на увазі, як правило, електрони і античастинку до електронів - це позатрони.

41:40 · І з іншої сторони ми маємо прискорювачі важких частинок. Коли ми кажемо про важкі частинки, то це, як правило, протони, але не завжди. Це можуть бути і нейтрони, це можуть бути якісь ядра інших елементів, наприклад, золота, наприклад, свинцю. В будь-якому разі, коли ми чуємо якусь назву, ну, наприклад, великий адронний колайдер, то слово адронний якраз і означає, що він зроблений виключно для важких частинок.

42:13 · А дронний колайдер не може працювати з електронами. Він для цього не призначений просто. А дронний колайдер потрібен для того, щоб прискорювати саме протони чи щось ще подібне в них важке.

42:27 · І це не просто там технічна різниця у розмірах оцієї гармати. Це абсолютно інша інженерія.

42:35 · Це абсолютно інша фізика, це абсолютно інші завдання, які взагалі ставляться перед прискорювачем.

42:43 · Електрони, вони дуже легкі. Це, ну, це точкові частинки. Вони не мають жодної внутрішньої структури.

42:51 · Вони ідеальні, коли ми кажемо про певні чисті вимірювання. Але через сво свою дуже малу масу вони втрачають, коли вони повертаються десь в прискорювачах, величезну кількість енергії у вигляді випромінювання. Ее це називається синхротронне випромінювання, про яке я зараз не буду казати. Це вже занадто складно. Можливо потім згадаю в цій лекції.

43:15 · Електрони - це такі тонкі зонди, а протони - це важкі такі суворі тарани.

43:21 · Їх неймовірно важко розігнати, але якщо ми їх вже розігнали, вони несуть в собі колосальну руйнівну енергію, яка здатна вибивати з вакууму абсолютно нові форми матерії.

43:36 · І знов таки про оцю класифікацію, про те, чому електронні і, е, протонні машини будуються абсолютно по-різному, я детально розкажу трохи далі. не будемо зараз в це заглиблюватися.

43:53 · Якщо ми повернемося в той час, про який я розповідав, якщо ми повернемося до 1900-х роках, то на той час будувати потужні оці гармати, прискорювачі ані для електронів, ані для протонів фізики ще не вміли.

44:11 · Це був час, коли інженерія дуже відставала від теоретичної думки.

44:16 · І тому, коли люди зрозуміли, що це потрібно, але не знали, як це зробити, їм довелося просити допомоги у самої природи.

Природній "прискорювач" та дослід Резерфорда

44:27 · І тут я б хотів згадати дослід, без знання якого я намагаюся не зараховувати своїм студентам курс атомної фізики, бо це класика, це експеримент, з якого вся атомна фізика розпочалася.

44:47 · Ее 1911 рік. Ернест Резерфорд, його відомий експеримент, який відкрив як насправді вбудований атом.

45:00 · Е, Резерфорд в своїй лабораторії тоді, звичайно, що не мав жодних прискорювачів в нашому сучасному розумінні, але він мав на той час вже відкриті радіоактивні елементи.

45:15 · І він взяв природній радіоактивний елемент, який називався радій.

45:21 · Цей радій, коли він розпадається, вистрілює назовні оці важкі позитивні заряджені частинки. Ну, це не протони, це альфачастинки, це ядра гелію.

45:33 · І ці частинки мали на той час дуже велику енергію у приблизно 5 мегаелектронвольт.

45:43 · Для того, щоб якось направити потік тих частинок, Рерфорд закрив цей радій в замкненому свинцевому контейнері.

45:54 · Він зробив в цьому свинцевому контейнері невеличкий отвір. І таким чином він отримав дуже тонкий пучок. оцих альфа-частинок з величезною енергією, оцих снарядів, розігнаних снарядів, яких він направив на дуже тонку золоту фольку.

46:13 · А за цією фолькою стояв вже екран, який починав світитися, коли на нього ці важкі альфа-частинки потрапляли.

46:24 · Якщо ми кажемо про уявлення того часу, то за так званою моделлю пудинг з родзинками Джозефа Томпсона. Я про неї досить детально розповідав в лекції про будову матерії. Атом - це така собі пухка позитивна хмарка.

46:43 · І в цій пухкій хмарці, як родзинки, були вкраплені відкриті Томпсоном електрони.

46:52 · За логікою, якщо б це було дійсно так, оці важкі снаряди, вони мали б пролітати наскрізь через цей пудінг, майже не помічаючи його опору. І ми б мали на екрані отримати одну, може, трохи розмиту, але точку.

47:08 · І це так дійсно відбувалося. Більша частина частинок, альфа- частинок пролітало прямо через цю золоту фольгу, але деякі відхилялися на величезні кути.

47:20 · чи взагалі відскакували від фальки назад в бік джерела.

47:27 · Е-е, сам Резерфорд пізніше, е, згадував про це. Це було так, наче вистрілили 15тидоймовим артилерійським снарядом аркуш циркового паперу, а снаряд відскочив від нього і влучив у вас.

47:46 · Ну, звичайно, що після цього модель пудингу була відкинута і з цього досвіду народилася так звана планетарна модель атома, яку зараз проходять у школах. Е, Рефор тоді зміг, а це теж нелегко, правильно трактувати результати свого експерименту. Він зрозумів, правильно зрозумів, що атом всередині майже порошній, що весь позитивний заряд атома

48:15 · і майже вся його маса сконцентровані, спресовані в неймовірно крихідну, в неймовірно щільну точку в самому центрі.

48:25 · Ну і зараз ми цю точку називаємо слідом за резерфордом атомне ядро.

48:32 · І на той час експеримент Резарфорда став тріумф.

48:38 · Але водночас це був початок певної кризи, тому що альфа-частинки, які тоді вилітали з радія, ну, це не ідеальні снаряди. Це дуже не ідеальні снаряди для нашої діагностики. По-перше, їх мало.

48:56 · По-друге, їх енергія дуже і дуже і дуже і дуже обмежена. оці 5 МВ, мегаелектронвольт, все.

49:05 · От звідки взагалі ця енергія береться?

49:09 · Фактично, якщо ми кажемо про експеримент Резерфорда, то він теж базується на прискоренні, але це так зване природнє, це спонтанне прискорення.

49:22 · Сили, які надають цим альфа-частинкам їх швидкість. Оця сама розігна гармата, це фундаментальні сили, які знаходяться всередині оцього нестабільного ядра радія, яке він використовував.

49:39 · Ее, якщо говорити дуже спрощено, то великі радіоактивні ядра весь час перебувають в стані внутрішньої боротьби.

49:54 · Я розповідав в лекції про елементарні частинки, що в нашому світі існує чотири фундаментальні взаємодії.

50:04 · І дві найсильніші фундаментальні взаємодії - це сильна взаємодія і електромагнітна. І от в ядрі вони діють в протилежні боки.

50:17 · Якщо ми кажемо про сильну взаємодію, то вона намагається тримати всі протони і нейтрони до купи. Вона їх тягне одна до одного. Кожен протон, нейтрон, вони стягуються разом.

50:29 · Якщо ми кажемо про електромагніт взаємодію, оце кулонівське відштовхування.

50:35 · Так як протони заряджені позитивно, вони мають однаковий заряд, то електромагнітна взаємодія намагається розірвати ядро на шматки.

50:47 · І коли ми кажемо про розмір ядер, це якраз результат балансу, притягання за рахунок сильної взаємодії і відштовхування за рахунок електромагнітної взаємодії.

51:04 · І от якщо ядро нестабільне, то іноді через квантове тунелювання з цього ядра назовні виривається невеличка грубка, яка складається з двох протонів і двох нейтронів.

51:20 · Це дуже компактна частинка, яка має спеціальну назву альфа-частинка. І як тільки ця частинка опиняється біля поверхні ядра, оце гігантське позитивне поле ядра буквально виштовкує їгеть.

51:34 · Тобто позитивна альфа частинка, два протони, величезне позитивне ядро, сила відштовхування штовхає її назовні.

51:44 · Фактично ця сама сила, вона працює тут як мікроскопічний прискорювач, яких якраз і надає альфа-частинкам велику енергію, яка дозволяє їм проходити через певні перешкоди і бомбардувати цю золоту фольгу. Але це дуже слабкий прискорювач.

52:04 · Ми не можемо побудувати якийсь там адронний колайдер на радіоактивних ізотопах.

52:12 · Тут є три фундаментальні проблеми.

52:18 · Перша проблема полягає у тому, що ми не можемо ніяк контролювати енергію оцих частинок.

52:26 · Ядро радія завжди випускає альфа частинку з однією тією ж самою енергією.

52:32 · Це приблизно п'ять, якщо більш точно 4,8 метронвольт.

52:37 · У нас немає такої ручки. підкрутити налаштування всесвіту, підкрутити атомне ядро і сказати ядро. От давай сьогодні ти будеш запускати їх не з енергією 4,8, а з енергію там 10 чи 100 МФ. Це так не працює. Ми завжди обмежені тим, що природа вже дала.

52:56 · Е, по-друге, друга проблема.

52:58 · Радіоактивний розпад - це процес статистичний.

53:02 · Ядра розпадаються хаотично.

53:06 · Якщо ми маємо навіть дуже сильне джерело, навіть дуже багато цього радіоактивного елементу, ми отримаємо дуже слабкий потік частинок.

53:16 · Це це десь лише в якомусь там супергеройському кіно. От, наприклад, там серіал The Boys, там радіоактивний Уран починає створювати головному злодію, хомлендеру якісь там проблеми. І він там починає весь буквально побирати від цього радіоактивного урану. Ну, я розумію, що це казка, я розумію, що це комікс, але мені, як фізику, смішно.

53:42 · Навіть при всій фантастичності серіалів по коміксам такого в принципі не може бути. Потіх частинок, які вилітають з радіоактивного елементу, з радія, Торія, Урана, Плутонія, неймовірно слабкий.

53:57 · Навіть не якийсь там супергерой, звичайна людина, яка буде знаходитися певний час, кілька секунд біля джерела, навіть неймовірно 99% збагаченого урану, нічого не станеться, ніяких проблем у неї не буде. Ці частинки не створять жодних проблем. Вони дуже дуже слабкі потоки.

54:19 · Це друга була проблема. І третя проблема це е-е стеля енергії.

54:26 · Якщо ми кажемо про енергію природнього альфа-розпаду, вона завжди обмежена масштабом ядер.

54:35 · От у елементу, який використовував РеAR Ford - це 4,8.

54:40 · Максимум, що можна, ну, буквально витиснути з найважчих, з найне найстабільніших елементів. Ну, це брались близько 10ф, 10 мегаелектронво.

54:50 · Якщо ж казати про енергію от великого адронного колайдера, то станом на зараз це 13,6 теф, 13,6 тераелектровольт, мільйонів мегаелектронвольт.

55:02 · Різниця в мільйон разів. І то навіть цього нам вже не вистачає. Навіть тих 13 теф нам не вистачає для нових досліджень. Нам би хотілося чогось ще більшого. І далі в цій лекції я буду розповідати про новий колайдер, який планують в 21 столітті побудувати поруч

55:27 · з Великим Адронним за наступні 50 років, відкривши нові можливості для дослідження Всесвіту.

55:37 · Так що ці обмеження кажуть, що ні, це не спрацює.

55:42 · Ідея резервфорта дала дуже потужний інструмент, але стало очевидно. Якщо ми хочемо дізнатися, з чого зроблено саме ядро, якщо ми хочемо розбити оцей годинник, протони, нейтрони на окремі шматочки, нам потрібні штучні гармати, значно більш потужні, ніж та, що була у резерфорта. Тобто нам потрібні прискорювачі.

Перші прискорювачі прямого прискорення: Ван де Грааф

56:07 · І от саме з цього усвідомлення у 1920х років починається справжня інженерна гонка. Як створити в лабораторії напругу в мільйони вольт і при цьому паралельно не спалити всю будівлю університету, де це відбувається?

56:28 · Ну, вдалося.

56:31 · Тут на сцену виходять такі вчені, як Роберт Вандеграф.

56:37 · Джон Дуглас Конфорт та Ернест Ултон.

56:43 · Якщо ми кажемо про перші спроби прискорювати частинки, то вони були дуже прямолінійні.

56:51 · Логіка елементарна.

56:54 · Якщо нам потрібна частинка з більшою енергією, ми повинні створити більшу напругу, бо саме напруга прискорює частинки та певної енергії. 100 В, 100 мегаелектрон, 100 гекрон.

57:10 · Енергія, яку отримає певна частинка з зарядом Q, коли вона проходить через різницю потенціалів U, описується базовою, знов таки шкільною формулою.

57:22 · Енергія дорівнює Q пом.

57:28 · Хочете отримати енергію 1 мегаелектрон?

57:31 · Без проблем. Будь ласка.

57:34 · Створіть напругу в 1 млн Вльт і пустіть туди протон. Коли він пройде 1 Вльн вольт, він отримає енергію в 1 мегаелектрон.

57:46 · Думати, здається, що особливо не потрібно.

57:50 · Люди так і робили. Е, це була епоха так званого прямого або ще вони називається електростатичне підсилення.

58:01 · І люди пішли тоді, ну, вчені пішли тоді двома різними шляхами. Перший шлях - це механічний шлях, другий шлях - це електронний шлях.

58:15 · Кожна конструкція мала свої як переваги, так і недоліки. М, ну, не те, що щось з них краще, щось з них гірше, просто вони дуже і дуже і дуже різні. І, до речі, вони використовуються і зараз, але знов таки в різних ситуаціях.

58:33 · Перша концепція - це концепція механічної напруги. Це концепція, яка була представлена відомим американським фізиком Робертом Вандеграф.

58:44 · А у 1929, стається, році він винайшов пристрий, який зараз зараз він так і називається, генератор Вандеграф.

58:56 · Тоді це був провідний пристрій для наукової спільноти людства. Зараз такий прилад може бути навіть в шкільній лабораторії з фізики. Ну, звичайно, якщо це нормальна школа, в яких є нормальний

59:11 · лабораторний кабінет і в який є нормальний вчитель фізики, який вміє з цим обладнанням працювати і вміє демонструвати учням цікаві досліди. Е-е, цей демонстраційний елемент коштує не так дорого. Це приблизно там 200-300 $. Ну, це бюджетний смартфон. Це невеличка така п'ятикілограмова установка, але вона може дозволити показати школярам дуже неймовірно багато

59:39 · цікавих дослідів з фізики. І вона може дійсно допомогти зацікавити цією наукою, коли діти побачать, що фізика - це не формули, це не нудні задачі. А це щось реальне.

59:56 · Мені іноді трохи сумно, що наше міністерство витрачає просто шалені гроші на абсолютно незрозумілі проекти.

1:00:07 · Але забезпечити базовими приладами шкільні лабораторії тієї ж фізики чи тієї ж хімії не може.

1:00:15 · Хоча, як на мене, один такий генератор Вандеграфа популяризував би фізику краще, ніж десяток програм від Мона. Ну, звичайно, що якщо б поруч був нормальний

1:00:31 · вчитель, який би зміг пояснити, продемонструвати наочно всю дивовижність цієї установки, ее, бо враховуючи популярність фізики в цілому, враховуючи кількість людей, які зараз ідуть вчитися на викладачів фізики, зараз в усіх новинах пройшло, що в Києві лише дві людини вступили на викладачі фізики на весь на все місто.

1:00:54 · А потім скільки тих випускників ще йде працювати у школи. Це дуже сумна сторінка сучасної історії.

1:01:04 · Тому я дуже добре розумію, чому так багато шкіл просто відмовляється від природничих напрямків. Як якщо вчителів цієї ж фізики фізично не існує, мені весь час кажуть: "Допоможіть нам от в гарну там приватну школу знайти вчителя". Я не можу, бо їх немає. то простіше не їх шукати, не навчати, а назвати себе гуманітарною гімназією.

1:01:29 · Бо при всій повазі до історії чи мови переказати історичні події чи пояснити там підмети чи присудки у реченні значно значно значно простіше, ніж зацікавити дітей генератором вандеграфа і як він прискорює елементарні частинки.

1:01:51 · ладно, але це зараз. Тоді цей генератор був дійсно технологічним проривом. Ідея була геніальна і проста одночасно.

1:02:01 · Вандеграф вирішив переносити електричний заряд механічно.

1:02:07 · От уявіть собі отаку гігантську, порожнисту металеву сферу, яка встановлена на дуже високій ізолюючій колоні з якогось матеріалу, який струм не проводить.

1:02:21 · Всередині цієї колонни з величезною швидкістю рухається замкнена стрічка.

1:02:26 · Ну, як правило, це була якась шовкова стрічка чи гумова стрічка. Це транспортер.

1:02:32 · Е, знизу, біля основи цієї колонни, у нас є спеціальне джерело напруги. І за допомогою щіток воно буквально напилює електричний заряд на цю стрічку. Стрічка повзе вгору, стрічка заносить цей заряд всередину сфери, а інші щітки там його знімають.

1:02:53 · За, е, законами електростатики. Це знов таки базові абсолютно речі. Цей заряд моментально, умовно моментально перетікає на зовнішню поверхню цієї сфери. І ця сфера поступово накопичує дуже великий потенціал.

1:03:12 · Вже за кі кілька років після свого відкриття, у 1931 році Вандеграф будував установку, яка видавала 1, млн Воль.

1:03:25 · А згодом він її ще покращив. Він створив величезну, це вже була там спарена система. Він працював у дуже великому анхаарі для держаблів. І вона генерувала напругу вже в 7 млн Вльт. Ну, порівняйте це з звичайними 220 В нашій мережі. Коли

1:03:47 · оцей прилад, ну, монстр працював, приміщення буквально так здригалося від приску штучних блискавок, які були, до речі, дуже великими. Вони були там довжиною в кілька метрів. І це це був такий чистий візуальний стиль божевільного вченого. Красиво, хоча насправді, ну, не зовсім ефективно.

Перші прискорювачі прямого прискорення: Кокрофт і Волтон

1:04:11 · Тому поки в одному місті Вандеграф крутив свої стрічки з іншої сторони Атлантики в Англії, два учні Резерфорда, це був британець Джон Конгфорд, е, та ірландець Ернст Уолтон, ее, вони пішли іншим шляхом, вони пішли не механічним, вони пішли суто електронним шляхом.

1:04:38 · вони зрозуміли, що механічні стрічки - це дуже нестабільно і нам потрібна система, яка вміє примножувати на пропу, тобто зробити її в декілька разів більшою за рахунок електричної взаємодії.

1:04:53 · І приблизно в той самий час, у 1932 році вони розробили коскадний генератор. І сьогодні ми його так і називаємо помножувач Кокрафта Ултона.

1:05:10 · Е, це була система з різних там конденсаторів, з вакуумних діодів. Ми не будемо зараз детально пояснювати її систему, але вона працювала як певна така електрична електронна помпа, електронний насос. Вона брала звичайну зміну напругу в кілька кіловт. Це елементарно її отримати. І ступінчасто каскад за каскадом поступово піднімала її, виправляючи от в постійний струм. І

1:05:38 · їх перша установка вже без жодної механіки давала напругу приблизно, е, 800 кв.

1:05:46 · Зновтаки, приблизно тоді ж, у 1932 році можна сказати, що Кокрафт і Волтон це були люди, які першими у світі здійснили штучний ядерний поділ.

1:06:06 · Вони взяли свій прискорювач, який вони ж самі і розробили.

1:06:11 · Вони розігнали в цьому прискорювачі за допомогою тієї напруги, яку вони створили протони до енергії не такої вже і великої енергії. Це були десь 400 кектронль.

1:06:22 · І вони вдарили ці протони по мішені, яка складалася з дуже легкого метала літія.

1:06:28 · Ну, як відомо, H літій. Третій елемент в періодичній системі. Коли ядро літія захопило цей протон, відбулася ядерна реакція і цей літій з протоном розпався на дві альфа частинки.

1:06:44 · Це була штучна ядерна реакція. Це був тріумф. Це це був тріумф людини над ядерним ядром.

1:06:53 · Резарфорт до того ее досить скептично ставився до цього штучного прискорення.

1:07:00 · Він вважав, що його схема з радіоактивним елементами все ж таки краще, але тепер він був в повному за захваті. І саме за це своє досягнення, за це фундаментальне досягнення, воно так і називається, за штучне розщеплення атомних ядер за допомогою прискорених частинок. Через десь 20 років, у 1951 році Кокрафт і Волтон отримали вже Нобелівську премію з Фізики.

1:07:30 · Так що ці обидві схеми гарні. Обидві схеми працюють. Обидві схеми і зараз використовуються в різних лабораторіях і не тільки в лабораторіях.

1:07:42 · Але якщо ці машини такі класні, чому просто не будувати їх далі?

1:07:50 · Чому великий адронний колайдер не зроблений як величезний генератор Вандеграфа? І в нас не куля якась металева розміром за кілометр, а довжелесне кільце.

1:08:02 · Чому це не роблять і чому зараз найбільші прискорювачі вже цю схему, ці обидві схеми не використовуються?

1:08:11 · Е-е проблема насправді не в тому, як створити велику напругу, як створити оці мільйони електронвольт, мільйони вольт і мільйони електронвольт енергії.

1:08:24 · Проблема в тому, як цю величезну напругу отримати в лабораторії.

1:08:32 · Коли ви концентруєте отакий величезний електричний потенціал на одному об'єкті, напруженість поля навколо нього стає просто критичною.

1:08:43 · Якщо ми кажемо от про звичайне повітря, ну, повітря воно струм не пропускає.

1:08:48 · За звичайних умов повітря витримує напругу приблизно в 30 кВт і пробоя в повітрі немає.

1:08:57 · Але якщо напруга стає більшою, повітря, яке нас оточує, перестає бути ізолятором.

1:09:04 · В цьому повітрі, яке нас оточує, з'являються іони. І ці іони перетворюють це повітря на плазму. І вся накопичена енергія через прямо через повітря летить в напрямку найближчої стіни у вигляді гігантської іскри, у вигляді гігантської блискавки.

1:09:25 · Це повний пробіг системи з дуже негарними наслідками, як для установки, так і для експериментатора самого, якщо йому не пощастить в той момент бути десь поруч.

1:09:39 · Ее фізики намагалися щось з цим робити.

1:09:42 · Е-е, вони якось так ховали ці прискорювачі в гігантські столе баки замість повітря вони тут тоді закачували під великим тиском спеціальні газиі ізолятори, які не так легко пробити. Ну, наприклад, це елегаз. Е, гексавторит сірки, якщо я не плутаю, але в хі з хімією в мене так гарно, тому Ні, це саме він. Гексавторит сірки, да.

1:10:07 · Ці гази кращі, ніж повітря тримають цей удар. Але навіть з такими газами, на жаль, стеля для прямого прискорення, вона зупинилася десь в районі там 20 25 МВ. Все.

1:10:26 · Більше ніж 25 МВтор у світі. Якщо напруга досягає таких значень 25 мВ, то починається автоелектронна емісія. Коротше кажучи, емісія вириває з метала самі частинки, навіть вакуум пробивається і установка, будь-яка установка нищить сама себе.

1:10:49 · Тому, на жаль, для отхрямих прискорювачів 25 меф - це верхня межа і більше природа не дозволяє, а це дуже мало.

1:10:59 · От згадаємо формулу, яку я вже наводив на початку. Довжина хвилі лямбда обернено пропорційна імпульсу.

1:11:09 · 25 мегаелектрон - це місер для сучасного мікросвіту.

1:11:14 · Ну так, цього вистачить, щоб там вивчати якісь низькоенергетичні ядерні реакції.

1:11:19 · Так, десь це може знадобитися. Але якщо ми хочемо зазирнути всередину протона, якщо ми хочемо збудити кваркові поля, якщо ми хочемо знайти бозот хікса, то з такою маленькою енергією це принципово неможливо здварити. Нам потрібні не мегаелектронвольти, нам потрібно гігаелектронвольти в 1000 разів більше або тераелектровольти в мільйон разів більше.

1:11:47 · Тому у другій половині 1930х років здавалося, що експериментальна фізика зайшла кудись в глухий кут. Оце пряме нарощування напруги, воно себе повністю вичерпало. Все, далі не можна, далі пробіг і лабораторна установка сама себе руйнує.

1:12:13 · Але фізики зрозуміли, якщо ми не можемо створити оцю гігантську напругу в мільйон вольт в одному місці, то чому б не взяти оцю маленьку напругу там 10 кв, але змусити частинку багато разів поспіль пройти крізь неї. Якщо напруга маленька, пробою немає.

1:12:36 · А якщо вона пройде через цей маленький потенціал багато разів, то в кінці вона отримає той самий жаданий нами мільйон електрон вольт.

1:12:46 · І от з цієї ідеї багато разів використовувати маленьке прискорення. І виникають різні, ну, скажімо так, трони: циклотрони, синхротрони, фазаотрони, синхрофазатрони і так далі, і так далі, і так далі.

1:13:04 · Але перед тим, як ми перейдемо до того, як взагалі вчені реалізували цю ідею багаторазового прискорення, я хотів би трохи поговорити про сучасний стан фізики прямих прискорювачів, про яких я казав до того.

Сучасний стан прискорювачів прямого прискорення

1:13:25 · От всі ці прискорювачі Вандеграфа, ці всі каскади Конкрафта Уолтона, це це що?

1:13:32 · Тільки в шкільній лабораторії? Це тільки установка, щоб десь демонструвати на уроках фізики, як працює прискорення?

1:13:40 · Ні, звичайно, що ні.

1:13:43 · Вони нікуди не зникли і з е великої науки.

1:13:48 · І вони є, і вони використовуються, і вони використовуються навіть в тому ж самому великому адронному колайдрі. От що таке взагалі сучасний колайтер?

1:13:58 · Це не одна велика троба, це каскад.

1:14:02 · Це ланцюжок прискорювачів, який які йдуть один за одним. Ми не можемо взяти частинку протонну, наприклад, і відразу запустити його у це величезне кільце великого дронного колайдера на кордоні Франції і Швейцарії. Ві він там просто розлетиться. Це не буде працювати.

1:14:21 · щоб він туди потрапив, його треба до того ще попередньо вже розігнати до невеличкої напруги, невеличкої порівнянні з тим, що дає сам LHC.

1:14:33 · І тому на самому початку цього ланцюжка якраз і стоять от дуже модернізовані, дуже осучаснені системи прямого прискорювання. І саме вони надають пучку перші мегаелектронвольти енергії.

1:14:50 · Тому це основа будь-якого сучасного прискорювача, але лише як перший етап.

1:14:57 · По-друге, оця концепція Коправтоболтона, вона живе в мільйонах побутових приладів.

1:15:04 · Ну, сучасні діти, мабуть, навіть не знають, що таке електронно-променеві трубки. І от оці великі телевізори чи кіноскопи, які були раніше.

1:15:15 · Е, мабуть, вони їх може і ніде і не бачили. Зараз всі бачать лише рідкоісторичні ціліодні матриці. Вони звикли до цього, вони звикли до пласких екранів. Але, е, оці всі кіноскопи, телевізійні кіноскопи, дисплеї старі, вони якраз і працювали на примножувачах напруги на цьому каскаді, і вони використовували цей каскад, щоб розганяти електрони. І ці електрони потім бомбардували оцій люмінофорний екран і всі старі телевізори фактично всередини себе містили цей прискорювач.

1:15:51 · Так що насправді кожен, хто колись дивився телевізор з електронно-променевою трубкою, напряму дивився на прискорювач елементарних частинок.

1:16:04 · Е-е і звичайно, що це не тільки кінескопи. Вони використовуються зараз у великій кількості різних приладів. От, наприклад, системи безпеки в аеропортах, рентгенівські апарати в лікарнях, різні там промислові стерилізатори продуктів. Усюди, де нам потрібна стабільна напруга у сотні кіловольт без

1:16:28 · величезних трансформаторів, які це може забезпечити, завжди використовують подібну схему, подібні примножувачі напруги. Тобто це є щось схоже на оцей перший прискорювач, який був використаний для здійснення штучної ядерної реакції.

1:16:45 · Ну, а коли ми кажемо ее про фундаментальну фізику, то цей глухий кут, коли далі напругу вже збільшувати не можна, став точкою народження циклічних та резонансних машин.

Циклічні прискорювачі: ідея Лоуренса

1:17:04 · Давайте знов трохи поговоримо про історію.

1:17:07 · Перша ідея оцього циклічного багаторазового прискорення частинки при проходженні невеличкої напруги з'явилася у молодого на цей час американського фізика з Каліфорнійського університету в Берклі Ернеста Лоуренса.

1:17:25 · Ну, Лоуренс, знов таки дуже цікава особистість. Це такий собі американський новатор, який терпіти не міг довгих теоретичних дискусій, і він обожнював будувати щось своїми власними роками.

1:17:41 · І у 1929 році, тоді ж, коли працювали андеграф Walton in Ccкрафт, він випадково натрапив на статтю норвезького інженера Рольфа Відерое, який пропонував розганяти частинки по прямій лінії, але через певну послідовність труб, на які б подавалася зміна напруга.

1:18:08 · Ну, хоча в той час німецька мова була основною мовою науки і так було до Другої світової.

1:18:15 · Лоуренс німецької мови не знав, тому він просто подивився на ці схеми і подумав: "А навіщо це все?

1:18:24 · Навіщо взагалі оцю будувати дуже довгу систему з певних багатьох труб, які будуть там довго прискорювати певну частинку? Чи не можна змусити частинку повертати?

1:18:38 · і проходити одну і ту ж саму прискорювальну щелину тисячі разів поспіль.

1:18:44 · Звичайно, що можна. От згадаємо звичайну дитячу гойдалку.

1:18:50 · От уявіть собі, що ви го хочете розкойдати дитину на гойдалці, щоб вона злетіла якнайвище. У вас є два шляхи.

1:18:59 · перший підійти, набрати так в легені багато повітря і з дихою над людською силою штовхнути один єдиний раз цю бідну гойдалку з ще більш бідною дитиною з самого початку. Це логіка прямого прискорювача андеграф. Спрацює? Ну так,

1:19:20 · але якщо ви штовхнете достатньо сильно, ви зламаєте гойдалку, ви травмуєте дитину. Ну і звичайно, що нічого гарного від такого прямого прискорювача не буде.

1:19:35 · Тому хто ко колись гайдав дітей, знає, що так ніхто ніколи ніхто не робить. Ви дієте резонансно.

1:19:43 · Ви стаєте біля цієї гойдалки на одному місці. І щоразу, коли гойдалка проходить біля вас, ви робите невеличкий, легкий, акуратний, синхронний поштовх.

1:19:57 · Ваше зусилля мінімальне. Ви не відправляєте відразу гойдалку з дитиною кудись там у повітря. Але з кожним новим циклом оця енергія, яку ви надаєте, вона накопичується і амплітуда цієї гойдалки зростає.

1:20:12 · Гойдалка піднімається все вище і вище. І дійсно, таким чином можна її дуже сильно розглядати, не використовуючи велику силу і не використовуючи концентровану енергію.

1:20:25 · І оцей принцип розгойдування гойдалки Лоуренс вирішив використати саме для прискорення елементарних частинок.

1:20:35 · Замість того, щоб будувати оці величезні гігантські мегавольтні системи, він сказав: "Нам достатньо мати невеличке прискорювальне поле кілька кіловльт, але нам треба штовхати цим полем частинку знову і знову і знову. І знову, і знову, поки вона не набере необхідну нам енергію.

1:21:00 · А-а проблема була е лише в одну.

1:21:04 · Гойдалка сама собою повертається назад.

1:21:09 · Протон, на відміну від гойдалки, якщо ми його штовхнули, назад не повернеться.

1:21:15 · За своєю природою будь-яка заряджена частинка завжди летить по прямій лінії.

1:21:24 · А отже, щоб вона до нас повернулася, її траєкторію потрібно якось загорнути.

1:21:32 · А єдине взагалі, що може загортати заряджені частинки - це магнітне поле.

1:21:39 · Все.

1:21:41 · Я про це буду розповідати і далі, але мені здається, що це чи не найбільш взагалі ключовий момент всієї фізики прискорювачів. В них діють два поля.

1:21:53 · І треба дуже чітко розмужовувати ролі цих полів. По-перше, у нас є електричне поле. Це єдине поле, яке здатно змінювати швидкість, тобто кінетичну енергію частинки.

1:22:07 · Тільки електричне поле штовхає її вперед.

1:22:12 · Тільки електричне поле може прискорювати частинку і все.

1:22:17 · І по-друге, у нас є магнітне поле.

1:22:20 · Магнітне поле ніколи нікого не прискорює. Воно не може змінити енергію частинки. Воно завжди діє перпендикулярно до напрямку руху і воно лише змінює цей напрямок.

1:22:35 · Коли заряджена частинка влітає в магнітне поле, на неї починає діяти так звана сила Лоренс. Ну, це знов таки проста шкільна формула. Вона буде десь там, напевно, за мною на задньому плані.

1:22:50 · F = Q V.

1:22:54 · Але саме ця формула в рамках нашої лекції насправді не має жодного значення.

1:23:02 · Важливо, що сила магнітна змушує частинку крутитися по колу.

1:23:10 · І саме ця обставина, ц ця особливість взаємодії магнітних полів та заряджених частинок відкрила Лоуренцсу шлях до створення першого в історії циклічного прискорювального приладу, який таку назву і отримав циклотрон, тобто циклічний прискорювач.

Циклотрон

1:23:31 · І свій перший діючий прототип Лоренс разом зі своїм аспірантом Стнлі Лівінгстоном зібрав у 1930-1931 роках. Ее це була дуже маленька, це була конструкція, яка, ну, вона вміщалася буквально на долоні і коштувала 25 $.

1:23:56 · Вона була зроблена із скла, міді. Там використовувалося звичайний соргуч для запечатування листів. От ви можете побачити фотографію, як ця установка, яку тоді Лоренс зібрав, виглядала.

1:24:15 · У нас був великий круглий електромагніт.

1:24:19 · І всередині цього електромагніта у нас були дві порожнесті металеві камери Д подібної форми. Фізики так їх і називали: дуанти, ну, або просто D, через схожість з латинською літерою D.

1:24:38 · Е, ці два дуанти, вони дивилися прямою стороною один на одного, а між ними залишалася вузька щілина.

1:24:50 · І саме до цієї щілини підключали тоді джерело змінної високочастотної напруги, яка якраз і мала прискорювати електрон, що рухаються в цьому прискорювачі.

1:25:05 · Точніше, не електрон, все ж таки протон.

1:25:07 · Протон, да.

1:25:09 · Е, в центрі цієї установки в нас було джерело, яке створювало протони для подальшого прискорення. Ротон вилітав.

1:25:18 · Вон він потрапляв всередину першого дуанта. Під дію магнітного поля описував півколо. Поки він летів усередині металевої коробки оцієї. Електричне поле він ніяк не відчував. Метал, який його оточував, працював як клітка Фарадея.

1:25:36 · Відомо, що метал екранує електричні поля. Тому всередини цього дуанта дії електричного поля не було.

1:25:44 · Але щойно протон підлітав до виходу з цього дуанта, до оцієї щілини, електричне поле на короткий проміжок вмикалося, і вона давала йому поштовх вперед в другий дуант.

1:26:00 · Це як гойдалка. Коли дитина пролітає поруч з вами, ви трохи її штовхаєте.

1:26:06 · Протон, як ця дитина, отримував певну порцію кінетичної енергії. Його швидкість трохи зростала.

1:26:14 · Оскільки швидкість зростала, магнітному полю ставало важче його отримувати. І всередині оцього другого дуанта він описував півколо вже трохи більшого радіусу.

1:26:27 · Але, і це дуже цікаво і особливо, час руху при цьому не змінювався.

1:26:35 · Якщо ми використаємо закони класичної фізики, то ми можемо порахувати, що радіус оцього руху пропорційність швидкості частинки. Тобто він летить більший шлях, але з більшою швидкістю і проходить його за той самий час.

1:26:56 · В результаті час, який був потрібен протону, щоб пройти оці наступні півкола, залишався незмінним.

1:27:05 · Це означає, що частота, з якою ми подаємо на цю щілину нашу напругу, могла бути постійною.

1:27:15 · Протон робить рух по більшому колу, а поле за цей час змінює свій знак. Протон сюди долітає, він знов влітає в цю щілину і він отримає другий поштовх.

1:27:34 · Знов перший дуант. Швидкість стає ще більша. Як дитина, ви її штовхаєте, коли вона пролітає в одну сторону, а потім ви її штовхаєте, коли вона пролітає в іншу сторону. І от коло стає більшим, а час руху знов не змінюється.

1:27:52 · Якщо подивитися на траєкторію руху цього протона, то вона перетворюється на таку дуже-дуже красиву геометричну спіраль.

1:28:02 · Так, так, так, так, так, так. Вона вона буквально розкручується від центра до периферії установки.

1:28:12 · І на самому краю установки протон досягає своєї максимальної енергії. Він підлітає до певної відхиляючої пластини і вилітає назовні. прямо в мішень, яку ми ставимо поруч з цим дуантом.

1:28:26 · Красиво, дуже красиво, дуже елегантно. І це є основою, насправді майже всіх сучасних прискорювачів. От ви бачите схему руху протона в такій системі. Це такий собі равлик. Равлик, який починається від центру і поступово доходить до виходу на краю, щоб потім вже відправити цей патрон, протон, куди нам потрібно.

1:28:50 · Ідея проста, адже це майже революція.

1:28:54 · Замість гігантських ізоляторів, замість гігантських оцих прискорювачів вандеграфа, нам тепер просто потрібні гарні магніти, щоб надійно тримати цей протон всередини дуантів. І нам потрібна точна радіочастотна електроніка, щоб вчасно його прискорювати сюди, сюди, сюди, сюди, сюди, сюди.

1:29:16 · Коли ця схема була зрозуміла, коли вона почала застосовуватися, швидкості електронів, швидкості позитронів, протонів почали дуже швидко зростати.

1:29:28 · За лічені роки Лоуренс будує нові і нові циклотрони. Спочатку 11 дюймів, потім 27 дюймів, потім нарешті 60 дюймів. Це такий циклотрон, який дозволяв розганяти частинок до десятків меф, чого було неможливо досягнути на жодному лінійному прискорювачі. Це був прорив. Це реально

1:29:50 · був прорив. Це прорив у дослідженнях, який можна там хіба що, я не знаю, порівняти з відкриттям Галілеєм телескопа. От як Галілей телескопом зробив революцію в астрономії. Лоуренс циклотроном зробив революцію у здатності людей осягнути мікросвіт.

1:30:08 · Врешті людство отримало повноцінно працюючий інструмент, який дозволяв нам контролювати, дивитися, взаємодіяти з квантовим світом.

1:30:20 · І, звичайно, що визнання прийшло майже миттєво. І у 1939 році, лише за кілька років після свого відкриття, у віці 38 років, ну, за сучасними мірками це собі молодий починаючий дослідник. Тоді Ернс Лоренс стає лауреатом Нобелівської премії з фізики з формулюванням за винайдення та розвиток циклотрона і за результати отримані з його допомогою особливо в царені штучних радіоактивних елементів.

1:30:52 · Згодом на честь Лоуренса навіть назвуть окремий елемент періодичної системи. Це 103 елемент, який так і називається Лоуренцій.

1:31:03 · А лабораторія, радіаційна лабораторія в Берклі, де він працював, де він створював всі ці свої перші клотрони, це колиска всієї американської ядерної програми. І фактично, коли ми чуємо про американські ядерні технології, все почалося з Лоуренса і все почалося з його циклотрону.

1:31:23 · Про Лоуренс насправді можна окрему цілу лекцію прочитати. Це неймовірно цікава особистість. можна розказати дуже багато про його роль в манхетинському проекті.

1:31:35 · Ну, але знов таки фізика безмежна, історія фізики теж безмежна. І це не тема, на жаль, нашої сьогоднішньої лекції. Може колись і про це розкажу теж. Сподіваюсь, що багато цікавого.

Циклотрон: проблеми

1:31:50 · Циклотрон - це чудовий прилад, гарно працює, чудові результати.

1:31:56 · Але у фізиці майже завжди так буває. Не тільки у фізиці, у науці взагалі, що у кожної технології є своя сувора межа.

1:32:08 · І коли ми кажемо про циклотрон, то ця межа прийшла від легендарного пана Альберта Айнштейна. Спочатку у Лоренсу все було добре, але коли він почав розганяти свої протони до енергії більше ніж 20-25 мегаелектронвольт, його циклотрон переставав працювати.

1:32:32 · Е, протони починали втрачати синхронізацію з полем, яке їх прискорює.

1:32:39 · Вони прилітали до оцієї щілини, яка їх мала прискорювати з запізненням.

1:32:46 · Поле замість того, щоб трохи їх підштовхнути, починало навпаки їх гальмувати. І все, чок зникав.

1:32:56 · І знов таки, якщо ми повертаємося до гойдалки, якщо ви будете штовхати цю гойдалку не тоді, коли вона пролітає поруч з вами в певному напрямку, якщо ви її просто почнете штовхати у випадкові моменти часу, нічого не вийде. Взагалі резонансу не буде. Замість того, щоб розгайдати дитину до максимальної величини, ви просто це все зупините.

1:33:21 · Причина, чому це все пра переставало працювати при таких енергіях, це спеціальна теорія відносності Альберта Айнштейна.

1:33:31 · Я казав про це в лекції, що таке маса.

1:33:35 · Е, раніше існував і досить широко використовувався і в підручниках, і в науково-популярній літературі. І зараз він використовується, хоча це не актуально вже. Ну, але не всі джерела інформації, на жаль, дуже гарні. Так званий термін релятивістська маса. Е-е,

1:33:55 · у старій науково-популярній літературі та шкільних підручниках, ну, цей ефект часто пояснювали такою фразою: "Якщо швидкості наближаються до швидкості світла, маса частинки починає зростати, через що у циклотроні синхронізація втрачається.

1:34:15 · Ну, але знов таки термін релятивістська маса - це застарілий термін, це дуже штучний термін. Фізично цей термін абсолютно некоректний.

1:34:27 · Якщо ми кажемо про масу будь-якої частинки, маса протона, наприклад, це інваріант, це незмінна величина, це внутрішня властивість протона. Вона є у нього від природи певна.

1:34:41 · Вона взагалі не змінюється від того, з якою швидкістю він летить.

1:34:47 · Тому насправді мова йде не про рельтивійську масу, а про класичну формулу для імпульсу. У звичайний механіць імпульс - це маса помножена на швидкість.

1:34:58 · У спеціальній теорії відносності рельвійський імпульс описується зовсім інакше через так званий Лоренсів гамафактор.

1:35:09 · Коли швидкість частинки наближається до швидкості світла, оцей гамафактор, він там робити нескінченність, а разом з ним до нескінченності прямує і імпульс частинки. Тобто це вже не маса на швидкість, а маса на швидкість на нескінченність.

1:35:27 · І от радіус орбіти цього протона, він визначається не швидкістю, а саме імпульсом.

1:35:34 · А оскільки імпульс зростає набагато швидше, ніж зростає швидкість, магнітному полю додалі важче оцей протон, коли він стає релітивійським, розвертати.

1:35:48 · І тому його траєкторія поступово роздувається.

1:35:52 · він вже не може рухатися так, як він рухався до того, в ідеальній синхронізації з полем.

1:36:00 · Тому для того, щоб якось рухати тепер от протон до цих величезних масштабів швидкостей, ну, вченим треба обдурити гамафактор.

1:36:12 · Нам потрібно не просто подавати постійну напругу зі ста з постійною частотою, а нам потрібно буквально змінювати чистоту поля. Ну, змінювати потужність цих магнітів, змінювати нашу систему на льоту. Нам треба підлаштовуватися весь час до ретивістського зростання імпульсу цієї частинки.

1:36:34 · Нам треба слідкувати і діяти відповідно, контролювати цю систему. І так народжується ціла епоха нових приладів.

1:36:44 · Це циклотрони, синхроциклотрони, фазотрони, синхрофазотрони.

1:36:50 · І в тих системах частинки вже не розкручуються от по цій величезній спіралі.

1:36:55 · А вони, як правило, утримуються на одній фіксованій коловій орбіті всередини великих вакуумних кілець.

1:37:07 · Ну, якщо хтось бачив великий адрони колайдер, це саме і воно. Там немає дуальнців, там дуже довге кільце. Але знов таки про це я розкажу трохи далі.

1:37:18 · Це вже не схема Лоренса. Це вже більш просунута схема.

1:37:23 · Перед тим, як ми це все, сподіваюся, що розберемося, я хочу зробити невеличкий відступ в сторону і розказати про інженерію, про історію і про війну.

Фізика і війна. Вплив WWII на фізику прискорювачів.

1:37:41 · Мене багато разів запрошували на різні інтерв'ю, і для мене це досить дивно. Я взагалі не думав, що суспільство може цікавити фізика. Ну і з іншої сторони мені це приємно. Чому приємно? Не тому, що запрошують саме мене, тому що цікавість до фізики виявилася трохи більшою, ніж я міг це собі уявити.

1:38:06 · І ці інтерв'ю дивляться люди. Не всі підтримують те, що я кажу. Іноді кажуть, що він там верзе. Ну, це таке.

1:38:15 · З фізикою дійсно у нас є певні суспільські проблеми з популяризацією фізики є певні проблеми. Ну, але це знов таки не тема нашої сьогоднішньої лекції. Так от, в цих інтерв'ю мене декілька разів запитували: "От чи дає війна поштовх науців?

1:38:36 · Мовляв, в нас є певні екстремальні мови.

1:38:39 · Ці екстремальні мови якось стимулюють прогрес і багато винаходів ідуть врешті-решт в суспільство від військових технологій. Ну і кожен раз, коли мене це питають, я відповідаю: "Ні".

1:38:54 · В фундаментальній науці війна не допомагає ніколи.

1:39:00 · Рапка. Війна завжди руйнує науку, фундаментальну науку. Вона зупиняє пошуки істини. Вона розганяє наукові школи. Вона забирає життя вчених, забирає умови, які вченим необхідні, щоб жити, існувати і працювати.

1:39:18 · Займатися фундаментальною наукою в воюючій країні можна хіба що на власному ентузіазмі.

1:39:24 · жодна держава світу у військовий час не буде виділяти ресурси на те, щоб дізнатися, як як в реальності працює наш всесвіт, щоб зрозуміти наш всесвіт.

1:39:39 · А от чому війна дійсно дає поштовх, так це прикладніх інженерії.

1:39:47 · Під час війни держави готові, ну, умовно кажучи, безлімітно фінансувати будь-які технології, якщо вважається, що вони зможуть могти перемогти тут і зараз.

1:40:02 · І от саме в той період, коли циклотрони вперлися в свою фізичну стелю, кінець 30-х років, спалахує Друга світова війна.

1:40:14 · Друга світова війна повністю переорієнтувала світову промисловість, але вона водночас створила фундаментальні, дуже важливі технології для всієї подальшої післявоєнної ери прискорювачів.

1:40:32 · Е-е, на перший погляд, зв'язок тут абсолютно неочевидний. Ну, от здавалось би, який зв'язок може бути між військовими радарами?

1:40:43 · які необхідні для того, щоб зафіксувати певний літак чи ракету на великій відстані з силою ППО і пошуком нових елементарних частинок десь там на великому адронному колайдері. Тут радар, який дивиться на літаки, тут пошук частинок у колайдері. Ну, нічого спільного.

1:41:02 · Але насправді зв'язок між радарами, зв'язок між військовими технологіями і прискорювачами дуже і дуже прямий.

1:41:12 · Якщо ми хочемо знайти в небі певний літак, бомбардувальник, дрон, реактивний дрон, ракету чи щось інше, ее нам необхідно ефективний радар.

1:41:27 · Ефективний радар вимагає, як це було під час Другої світової війни, небажаних, небачених раніше потужностей електромагнітних хвиль, сигналів над високою частоти. Ми ті хвилі відправляємо кудись. Вони відбиваються від певного джерела у небі, повертаються до нас. І ми фіксуємо це як цей відбиток, як відповідно наявність певного об'єкта.

1:41:53 · І от за лічні роки найкращі уми людства по обидві боки океану, працюючи у закритих військових лабораторіях, довели до досконалості дуже багато різних приладів, які пов'язані саме з радарами.

1:42:07 · Це і магнетрони, це дуже потужні клістрони, це різні резонатори, це хвильоводи, це ее мікро мікросекундні системи електронного хвилювання. Ну, фактично це дуже потужна індустрія фізики електромагнітного поля над високих частот. Вони були потрібні не для прискорювачів.

1:42:31 · Всі ті прилади не мають прямого відношення до нашої теми. Я я не буду зараз розповідати, що таке клістрон чи магнетрон. Е, але важливо, що коли війна нарешті закінчилася, весь цей колосальний, весь цей надсучасний технологічний арсенал залишився, ну, безпосереднього військового застосування.

1:42:55 · Так, радари залишилися, але куди це все дівати далі? І от коли фізики повернулися з оборонних проектів до своїх університетів, вони майже миттєво зрозуміли колосальний, реально шалений науковий потенціал подібних приладів.

1:43:14 · Якщо ми хочемо штовхати частинки, реальвіські частинки, які запізнюються через гамафактор, нам потрібні не просто гігантські напруги, нам потрібні гігагерцові радіочастотні поля, причому поля величезної потужності. Тобто поля, які мають одночасну і велику потужність і дуже швидко і керовано можуть змінюватися у часі.

1:43:43 · І військові радарні технології ідеально підходили для того, щоб їх тут використовувати.

1:43:51 · Більш того, це був час, коли уряди великих країн, наддержав були налякані оцією атомною зброєю. І вони раптом усвідомили, що ядерна фізика - це не просто наука, якою займається Резерфорт в своїй лабораторії, а це питання національної безпеки.

1:44:11 · І гроші тоді на прискорювачі полилися буквально рікою. Знов таки, здавалось би, а в чому тут зв'язок?

1:44:21 · Чому взагалі оці всі генерали давали мільйони різних валют на для того, щоб розганяти певні частинки? Ну, де тут зв'язок?

1:44:33 · Ее, звичайно, що уряди не цікавилися.

1:44:37 · Уряди взагалі дуже рідко цікавляться фундаментальними пошуками істини, фундаментальними пошуками нових симетрій, фундаментальною структурою вакуумів. Уряди - це, як правило, люди, які не цікавляться наукою, які живуть на більш буденному рівні життя. Але прискорювачі, які тоді створювалися науковцями, були єдиним інструментом, які дозволяли буквально так на коліні моделювати складні ядерні процеси.

1:45:06 · Використовуючи оці прискорювачі, вчені вивчали, як проводяться нейтрони всередині певних реакторів, ядерних реакторів, як радіоактивне випромінювання руйнує певні матеріали.

1:45:19 · І саме на перших оцих прискорювачах, ну, на тому ж 60дюймовому циклотроні Лоуренса, про яких я вже розповідав кілька хвилин тому, вперше в історії синтезували мікрограми Плутонія 239го.

1:45:36 · А Плутоній 239 - це головна начинка для ядерного царядів. Це один з двох елементів разом з Ураном, який є основою всієї ядерної зброї.

1:45:48 · Тому в цей час прискорювачі стали сприйматися як певні, ну, технологічні ясла, назвемо це так, для майбутньої ядерної індустрії.

1:45:59 · І саме в цей час, десь так на межі 1940х і 1950х років, прискорювач остаточно перестає бути просто лабораторною установкою, яку як двоє ентузіастів збирають десь там на колінці за 25 $ з мідного дроту і

1:46:22 · сургуч. І прискорювачі починають перетворюватися вже дійсно на оці монструозні, на величезні науковіноінженерні комплекси, де навколо однієї установки працюють сотні інженерів, тисячі інженерів, будівельників, математиків, ее спеціалістів з матеріальнознавства, програмістів, ну, будь-кого.

1:46:48 · Прискорювачі з того часу еволюціонували в окрему глобальну інфраструктуру науки.

1:46:55 · Це не просто інструмент, це тіла інфраструктура, яка має дуже багато, дуже різних застосувань.

1:47:05 · І так само, як сучасна астрономія, вже майже неможливо без отих величезних телескопів, без величезних орбітальних станцій, без телескопів типу телескопа Габла, без телескопа Джеймса Вебба. Так і фундаментальна наука зараз у другій половині X-го, на початку XX століття, вона просто абсолютно немислима без тих гігантських прискорювальних центрах. Ну, не працює нічого без них. тільки вони нам можуть помогти.

Типи прискорювачів: циклотрон, фазотрон, синхротрон...

1:47:37 · Зараз існує дуже багато різних типів прискорювачів.

1:47:43 · Е, коли людина далеко до досить від фізики про все це чує, голова починає йти обертом від різних кількості термінів, які закінчуються на трон.

1:47:56 · циклотрон, фазотрон, синхратрон, синхрофазотрон, бетатрон, пелетрон, мікротрон. Ну, на перший погляд, здається, що це якийсь там генератор випадкових слів з наукової фантастики.

1:48:18 · Але насправді за всім цим мовним різноманіттям ховаються різні спроби вирішити одне і те ж саме завдання, а саме підлаштувати роботу от магнітів і електричного поля, яке наше прискорює і повертає нашу частинку до рівнянь Айнна. робити так,

1:48:42 · щоб вони підлаштовувалися під змінний гамафактор і щоб наша гойдалка працювала весь час в резонансі і не виходила з резонансу. Все.

1:48:53 · От у нас є одна єдина проблема, проблема синхронізації.

1:48:58 · І всі ці різні трони - це різні способи одну і ту ж саму проблему синхронізації якось вирішити різними шляхами.

1:49:09 · І от давайте зараз дуже коротко розберемо цей зоопарк буквально на пальцях. Ну і, звичайно, що суто оглядово. Врешті-решт у нас не університетський курс фізики прискорювачів, а просто одна лекція.

1:49:24 · Хоча мені здається, що час цієї лекції буде абсолютно рекордним.

1:49:30 · Перше - це циклотрон.

1:49:33 · Циклотрон - це того, з чого все починалося. Це ідея Лоренс.

1:49:38 · Магнітне поле постійне, частота поштовхів постійне.

1:49:43 · Частинка рухається по спіралі, що розкручується від центра. Схема проста, схема працює ідеально, але лише до цієї межі, поки ми не стикаємося з теорією відносності. Ну, приблизно для протонів це 25 м.

1:50:03 · Далі, після циклотронів у нас іде синхроциклотрон або інша його назва - це фазотрон.

1:50:15 · Це перша спроба обдурити рівняння Айнштейна.

1:50:21 · Вчені зрозумілі, інженери зрозумілі.

1:50:24 · Якщо через релятивізм частинка оцей свій шалений імпульс набуває і починає затримуватися на нашу щілину, що прискорює, то давайте, поки частинка прискорюється, будемо зменшувати частоту електричного поля.

1:50:42 · Поле буквально починає чекати, поки ця частинка пройде з певним запізненням і поле починає якось підлаштовуватися під її темп.

1:50:54 · Траєкторія тут все ще спіраль, але стеля енергій підскочила вже до сотень меф.

1:51:02 · Тобто ми штовхаємо не весь час однаковою частотою, а спочатку швидко, потім починаємо штовхати все повільніше, щоб було в резонансі.

1:51:14 · Далі іде синхротрон. Синхротрон - це крок ще далі. А що, якщо ми взагалі не хочемо, щоб частинка розкручувалася по спіралі?

1:51:24 · Ми хочемо її отримувати на ідеально рівному, нафіксованому колі всередині дуже тонкої вакуумної труби.

1:51:32 · Гарна ідея. Чудово.

1:51:34 · Для цього треба якось нашу спіраль перетворити в кільце і затиснути нашу спіраль в кільце.

1:51:42 · Але якщо і енергія, і імпульс нашої частинки зростають, то, звичайно, що це не спрацює. Якщо орбіта буде стала, її починає викидати назовні.

1:51:53 · І тут ідея наступна. А давайте, коли частинка розганяється, ми будемо одночасно підсилювати потужність наших магнітів.

1:52:05 · Частинка стає швидшою, траєкторія стає більшою, але магнітне поле стає теж сильнішим. Воно її сильніше обертає і вона рухається по тому ж самому колі і так далі. Чим більше коло, тим сильніший магніт, який знов її повертає в ту ж саму траєкторію. Чудово.

1:52:25 · А далі іде синхрофазотрон.

1:52:29 · Це коли ми об'єднуємо ці два трюки одночасно, коли ми маємо протон, який розганяється в гігантському кільці. І ми одночасно і синхронно міняємо два параметри. Перше, ми робимо кожен раз поле все сильнішим, магнітне поле, щоб воно утримувало траєкторію у вигляді кола, по мірі того, як швидкість зростає. А по-друге, ми змінюємо частоту поштовхів, щоб воно весь час синхронізувалося з тим, коли протон пролітає через нашу щілину.

1:53:03 · І от ці два трюки одночасно якраз і долиці оцікрофазатрони. І такими були найбільші головні радянські і американські оці гігантські прискорювачі другої половини его століття.

Великий Адронний Колайдер (ВАК): основні характеристики

1:53:17 · Якщо ж ми, наприклад, кажемо про найбільший сучасний прискорювач, а це великий адронний колайдер у ЦЕРНІ і знов таки, як я казав, на кордоні Франції і Швейцарії, то він має одне кільце довжиною приблизно 27 км. Ну от порівняйте, 27 км порівняйте з першим циклотроном Лоуренса, який був зроблений буквально на колінці.

1:53:45 · І це надпровідний синхротрон. Тобто це знов таки один з типів прискорювачів, який використовується для того, щоб синхронізувати наш потік частинок з прискорювальною напробою. Е, в цьому синхротроні оці протони летять по ідеальному 27кім колу всередині певної вакуумної камери.

1:54:10 · Вони не розкручуються по спіралі, як у Лоренса. Зробити таку спіраль, це, звичайно, що абсолютно нереально. Вони роблять в цьому колі приблизно 11 000 обертів за секунду. І в них траєкторія весь час однакова.

1:54:27 · Якщо поділити відстань, яку вони проходять 11 000 на 27 км начас на 1 секунду, то виходить, що вони рухаються зі швидкістю приблизно 99,9991% від швидкості світла.

1:54:44 · величезна швидкість.

1:54:46 · І от щоб утримувати ці релятивіські пучки нам на такий магніт, на такій орбітці, нам потрібні гігантські магніти. Причому ці магніти повинні синхронно нарощувати своє поле по мірі того, як пучки прискорюються.

1:55:04 · Коли пучок тільки запускається, там поле приблизно 0,54 Tesla. В кінці, коли він вилітає, там поле вже 8,3 Tesla. І це дуже багато.

Проблема створення магнітних полів та чому ВАК - найхолодніше місце у Всесвіті

1:55:16 · Ее люди, ну, люди зазвичай приблизно уявляють побутову величини. Ми розуміємо інтуїтивно, що таке кілограм, що таке метр, що таке секунда, що таке градусцесія.

1:55:29 · може якось так наочно уявити певні електричні величини. Наприклад, там 3,7 Від акумулятора, це безпечно. 220 В від мережі, ну, це вже може там боляче вдарити. Кіловольт, кіловольт вже краще обходити стороною.

1:55:45 · Знов таки є певне інтуїтивне розуміння, що 1 Вт - це мало, 1000 В - це багато.

1:55:54 · А от магнітні величини люди уявляють дуже погано. От звичайний магніт на холодильнику це скільки і і чого взагалі?

1:56:04 · Ніхто не знає. А магнітне поле землі це скільки?

1:56:10 · Я думаю, що крім кількох студентів, спеціалістів, які займаються вивченням фізики, абсолютно переважна більшість людства без штучного інтелекту не дасть відповідь на ці елементарні запитання: яка потужність магніта на холодильнику чи яка потужність магнітного поля Землі?

1:56:29 · Магнітне поле Землі, просто для довідки це 0,005 Tтеesla.

1:56:36 · магніт на холодильнику це 0,001 теes приблизно 1 000 теes дуже потужний неодимовий магніт дуже потужний який приліпає до поверхні який абсолютно неможливо відірвати фізично це приблизно один tesla якщо ми проходимо десь магнітно-резонансну темографію і нас занурюють в дуже потужний магніт який

1:57:04 · гене генерує певні сигнали, щоб подивитися, що у нас там всередині, то там поля від 1,5 до 3 Tesla. Причому чим більше поле, тим краща томографія, але звичайно, що і більша ціна таких приладів не так вже і багато.

1:57:21 · А от у великому адронному колайдері 8,3 Теesла. І це магнітне поле, це не кілька міліметрів, як не одімели магнітік. Це поле довжиною 27 км.

1:57:34 · Причому з фізики відомо, що це поле потрібно, щоб створювалося електричним струмом. Тобто ми маємо струм, величезний струм, який створює на такій великій відстані настільки велике поле.

1:57:50 · От знов таки давайте оцінимо трохи математику.

1:57:54 · Щоб створити магнітне поле U8 Tтеesla через катушку потрібно пропустити електричний струм у майже 12 000 А.

1:58:07 · Давайте знов таки порівняємо це з чимось у побуті. Ну, з амперами трохи важче, ніж з вольтами, але я думаю, що хтось колись робив власну провідку в квартирі, приблизно розуміє, що це таке. Звичайна якісна мідна проводка у квартирі, до якої ви підключаєте там бойлер, правильну машину, електрочайник. Вона розрахована максимум на 16 А. Все. Якщо

1:58:35 · ви вимк включите в розетку більше приладів, струм підскочить там до 25, до 30 А. Ну, в кращому випадку у вас миттєво виб'є захисну автоматику десь в щитку, якщо почастить. Якщо автомати не спрацюють, якщо щось з ними станеться, то при струмі там 25-30 А мідні дроти в стінах миттєво розжаряться, вони розплавлять вашу ізоляцію і вся ваша квартира може спалахнути.

1:59:06 · Це 30 А, 25 А, а струм в магнітах великого адрого колайдера в 1000 разів більше, ніж ваша домашня проводка. 1000 А.

1:59:18 · І знов таки от давайте ще трохи згадаємо фізики. Хоча я в своїх лекціях намагаюся формул уникати, але це прості формули, шкільні формули. Закон Джоуля Ленса. Е, закон Джоуля Ленса, знов таки, всі проходять в школі. Це основа курсу електрики, але потім майже всі його забувають.

1:59:41 · Це закон, який каже, скільки теплоти виділяється в певному провіднику. І він каже, що кількість теплоти пропорційна квадрату струму. Тобто, якщо струм буде в 1000 разів більше, кількість теплоти буде в мільйон разів більше, ніж в вашій домашній мережі.

2:00:03 · Якщо ви спробуєте пустити струм у 12 000 А по звичайному, навіть найтовстішому мідному кабелю, цей кабель миттєво за долі секунди просто просто перетвориться на розпечену плазму і вибухне, знищивши все навколо.

2:00:21 · Міть фізично не здатна витримувати таку щільність струму.

2:00:27 · Тому, знов ж таки, це дуже складна інженерна проблема. І єдиний вихід, який вигадала любство - це перетворити опір на нуль. Якщо ми множимо величезний струм на нульовий опір, ми отримаємо нуль. Все, опору немає, тепло не виділяється.

2:00:51 · На щастя, у нас існує явище, яке має нульовий опір, яке було відкрито на початку X століття. Дуже цікаве явище.

2:00:59 · Це тема окремої лекції, прекрасної, можна зробити лекції. Це явище надпровідності.

2:01:06 · Це явище, коли за певних умов опір взагалі зникає.

2:01:13 · І от у великому адронному колайдері кабелі магнітів якраз зроблені зі спеціального сплаву. це сплав ніобія і титана. І коли температури досить сильно падають, цей сплав стає е надпровідним.

2:01:28 · Ну, для того треба опустити цю температуру майже до нуля. І ее вздовж усього колайдера прокладена найскладніша у світі кріогенна система.

2:01:40 · Там десь 100 тон рідкого гелія, які безперервно циркулюють під землею лише для того, щоб охолоджувати 1000 тонн заліза до температури в 2 Кевінна. Це приблизно -271°це.

2:01:59 · От холод, коли ми хочемо порівняти щось таке холодне, дуже холодне, можемо казати космічний холод. Це щось неймовірно холодне. Але навіть космос заповнений певним реліктовим випромінюванням.

2:02:17 · Навіть дуже далеко у відкритому космосі, далеко від будь-якої зірки, де немає зірок, де немає галактик, температура за рахунок цього випромінювання становить приблизно 2,7 Кевна.

2:02:32 · А це означає, що великий адроникалайдер під Женевою - це взагалі найхолодніше місце у відомому нам всесвіті. Це місце, яке значно холодніше, ніж будь-який космос. Це штучний об'єкт, який люди зробили, який значно холодніший за будь-який космічний, міжгалактичний вакуум.

2:02:57 · Я полюбляю в своїх лекціях нагадувати про красу.

2:03:04 · І мені здається, що це дуже красиво. Для того, щоб розігнати мікроскопічні частинки до релітивійських неймовірних енергій, щоб змусити дуже маленькі протони летіти з дуже великою швидкістю у 99,9991% від швидкості світла. Інженерам довелося обгорнути 27микілометрову машину неймовірним абсолютним морозом.

2:03:36 · І тільки через тотальний космічний холод ми, люди, взагалі отримали можливість керувати найгарячішими процесами, які взагалі існують в нашому всесвіті і найбільшими енергіями, які здатні породжувати нові частинки.

2:03:57 · До речі, трохи далі у моїй лекції якраз і буде трохи про невеличке відео, яке я якраз зняв ще весною у травні в місті, де подібні технології створення дуже великого холоду і тестуються.

2:04:19 · Крім того, у назві Великий Адроникой є одне слово, яке досить сильно відрізняє його від синхротронів минулого. Це слово колайдер від англійського слова to colide зіштовхуватися.

2:04:39 · Якщо ми кажемо про старі синхротрони, то вони розкручували певний пучок і потім запускали цей пучок. в нерухому мішень.

2:04:50 · А великий адрокалайдер робить не так.

2:04:53 · Він розкручує два пучки, а потім зіштовхує ці два пучки лоп в лоп один з одним.

2:05:02 · І станом на зараз, станом на 2026 рік, це єдиний працюючий колайдер протонів на планеті Земля. І навряд комусь вдасться в найближчі десятиліття створити ще щось подібне.

2:05:21 · Ну, але про це ми знов таки проговоримо трохи далі. А зараз давайте розберемо, так, з чого ж взагалі кожен цей прискорювач побудований у дуже загальних ризах.

2:05:37 · Коли ми чуємо щось на кшталт великий адрений колайдер, наша уява малює, я знаю, такий нескінченний підземний тунель, який набитий якимись там інопланетними технологіями.

2:05:51 · Але насправді будь-який прискорювач у світі від дуже крихітної медичної установки, там, не знаю, для променевої терапії рака, і аж до цього 27тикілометрового монстра десь біля Женеви, завжди базується на п'яти фундаментальних елементах.

П'ять ОСНОВНИХ елементів кожного прискорювача: джерело, вакуум, електричне поле, магнітне поле, система керування

2:06:10 · Якщо зрозуміти логіку цих п'яти систем, то можна з першого погляду, ну, в лабках прочитати архітектуру будь-якого фізичного процеса, будь-якого фізичного прискорювача. Це джерело, це вакуум, це електричне поле, це магнітне поле і це системи керування. Все, більше там нічого немає.

2:06:38 · І от давайте розберемо цю анатомію більш детально. Джерело, вакуум, електричне поле, магнітне поле, системи кровання.

2:06:46 · Перше джерело.

2:06:50 · Перед тим, як щось розігняти, треба його десь взяти.

2:06:57 · Якщо нам потрібні електрони, то, як правило, ми використовуємо так звану електронну гармату.

2:07:06 · Зазвичай такі гармати працюють на принципах термоелектронної емісії. Ну, це щось дуже схоже з кипінням води.

2:07:16 · Тільки замість пари з води у нас іде пара електронів з розпеченого металевого котота. Ну, він буквально випаровується електронами, а потім цей катод, з якого вилітає електрони, ми підхоплюємо певним полем і запускаємо куди нам це потрібно.

2:07:38 · Це для електронів. Е, для протонів цей трюк з випаровуванням не пройде. Протони - це складові частини ядер. Вони там намертво заперті в середини атомних ядер. І виправити їх таким чином ми ніяк не можемо.

2:07:56 · Тому зазвичай, як джерело протонів, фізики беруть найпростіший хімічний елемент, який є у нашому всезвіді у величезній кількості. Це водень. Що таке водень? Водень - це один протон і один електрон, що навколо нього обертається.

2:08:14 · Далі ми цей водень запускаємо в спеціальну плазмову камеру і б'ємо по цьому водню електромагнітним полем, потужним електромагнітним полем. для того, щоб що зробити? Якщо поле б'ється в цей водень, воно відриває від протонів електрони, водень іонізується, він перетворюється на плазму. Плазма - це суміш вільних електронів і голих протонів, які залишилися окремо один від одного.

2:08:44 · Далі ми подаємо на цю плазму певний негативний потенціал. І, е-е, цей негативний потенціал мінус тягне до себе плюс, тобто тягне до себе позитивно заряджені протони. Він буквально висмикує протони з цієї суміші і він формує оцей первинний пучок протонів.

2:09:03 · Все.

2:09:05 · Ко, коротше кажучи, весь великий адрений колайдер живиться від звичайного балона з чистим водням, якого фізикам вистачає на роки і роки і роки роботи. Ну, але звичайно, що цей водень треба потім запустити і прискорити. Це було перше.

2:09:23 · Друге, це вакуум. От уявіть собі, що ми отримали певний пучок. Але де цьому пучку летіти?

2:09:33 · Якщо ви спробуєте запустити протони от просто в кімнаті, вони кілька міліметрів не пролетять. У нас тут в кімнаті величезна кількість атомів повітря.

2:09:43 · Азот, кисень та водяна пара тощо.

2:09:47 · Водень, протони миттєво вріжуться в ці молекули азоту чи кисню. Вони миттєво розглюблять свою енергію. Вони миттєво розсіяться.

2:09:57 · Тому у повітрі прискорювачів бути не може. Прискорювач передусім - це гігантська вакуумна система.

2:10:07 · Весь шлях свого руху, частинки проходять всередині металевих труб, з яких ми спробували викачати, ну, ну, майже все.

2:10:16 · Ну, ідеальний вакуум неможливий.

2:10:19 · Абсолютного вакууму не буває. Але от якнайкращий вакуум - це універсальна умова для будь-якого прискорювача.

2:10:27 · Тиск всередині цих камер, ну, трильйони разів нижчий за атмосферний тиск. Там майже нічого немає.

2:10:36 · Знов таки, цей ультрависокий вакуум, він набагато більш чистий, він набагато більш порожній, ніж там, не знаю, міжпланетний простір. Він навіть більш порожній, ніж простір десь між галактиками.

2:10:52 · Інженери часто жартують, що їхнє головне досягнення - це не розгін частинок, а це вміння створювати і роками, десятиліттями підтримувати цей штучний величезний космос всередині нашої залізної труби.

2:11:16 · Отже, ми створили протони. Ми згодні їх створили. Ми створили кільце з вакууму, де майже нічого немає. Далі треба їх прискорити. Електричне поле.

2:11:28 · Це залізне правило, про яке я вже казав декілька разів і буду повторювати ще.

2:11:35 · Існує один і тільки один спосіб збільшувати кінетичну енергію частинки.

2:11:42 · Це змусити її пройти через електричне поле. Все.

2:11:47 · Більше ніяк.

2:11:49 · Саме електричне поле виконує роботу над нашим зарядом.

2:11:55 · І робочими інструментами тут є так звані радіочастотні резонатори. Це такі спеціальні металеві камери, які працюють як органна труба. Тільки замість звукової хвилі всередині резонує певна дуже складна електромагнітна хвиля, дуже високочастотна, високої частоти. І саме вона, як я вже казав, з'явилася. Люди навчилися зробити такі хвилі завдяки військовим радарам під час Другої світової війни.

2:12:25 · Частинки влітають всередину цього резонатора певними схустками і буквально як серфер на воді серфити мають на цій воді. Вони сідлають гребень електромагінної хвилі. Вони отримують потужний імпульс вперед. І щоб пучок не розлетівся під час отих поштовхів хвилію, працює принцип автофазування.

2:12:49 · Тобто поле влаштоване так, що частинки, які трохи відстають, отримують сильніший удар, а ті, що трохи випереджають, слабший.

2:13:00 · І система сама автоматично синхронізує і збирає пучок до купи, щоб його прискорювати вперед.

2:13:09 · І знов таки інженери іноді кажуть, що прискорювач, сучасний прискорювач - це не машина для частинок, а це машина для керування радіохвилями.

2:13:23 · Без оцієї всієї високочастотної електроніки, яка виникла завдяки радарам Другої світової війни. Сучасні прискорювачі, ну, вони були просто б неможливі.

2:13:35 · Джерело, вакуум, прискорювач, електричне поле, магнітне поле. Четверте.

2:13:42 · Я казав знов про це кілька разів.

2:13:44 · Магнітне поле не вміє прискорювати.

2:13:48 · Сила Лоренса завжди перпендикулярна до швидкості частинок. Її робота дорівнює нулю.

2:13:55 · Але магніт, магнітне поле - це єдиний спосіб, дієвий спосіб керувати напрямком руху нашої частинки.

2:14:04 · Причому не просто магніти, не просто покласти туди кілька неодімових магнітиків. Ні, це дуже і дуже і дуже складні магнітні системи.

2:14:14 · Магніти змушують наш пучок обертатися і триматися оцього кола, цієї колової орбітунелю. Вони буквально працюють як певні оптичні лінзи. Вони стискають пучок. Вони роблять його дуже тонким.

2:14:29 · Пучок у великому адронному колайдері.

2:14:31 · Він тонший, ніж мудська волосина.

2:14:34 · для того, щоб коли ці пучки зустрічаються, вони гарантовано влучили один в один і було в нас ефективне зіткнення.

2:14:43 · І от все керування пучками, все повністю і їх обертання, і їх фокусування відбуваються тільки магнітними полями. Ніяк інакше.

2:14:57 · Мене у коментарях до багатьох відео просили розказати детально про магнітне поле. Ну, про електричне, але про магнітне чомусь більше. Може і до цього якось дійдуть руки. Може про це окремо лекцію прочитав. Окей. Отже, джерело вакуум.

2:15:14 · Електрика прискорює, магніти керують.

2:15:17 · Системи керування. Останні.

2:15:21 · Наші частинки роблять мільйони обертів.

2:15:25 · Магнітні поля мають змінюватися синхронно з точністю до наносекунд.

2:15:31 · Тут неможливо нічого зробити руками.

2:15:33 · Людська реакція тут не працює.

2:15:37 · Сучасний прискорювач - це мережа з тисяч різних датчиків, тисяч різних кріогенних контролерів, дуже потужних, надпотужних комп'ютерів, які в реальному часі стежать за кожним міхронним відхиленням пучка від ідеальної траєкторії. І вони все це весь час змінюють, направляють і синхронізують.

2:16:00 · Тому для роботи таких об'єктів, як великий адронний колайдер, насправді програмісти не менш важливі, ніж фізики.

2:16:11 · І вся ця система - це поєднання роботи фізиків, інженерів і тих, хто все це керує, програмістів.

2:16:20 · І в цьому місці я б хотів зробити невеличкий підступ від звичного формату наших лекцій.

Запрошення до екскурсії

2:16:30 · Е, зазвичай запис своїх лекцій я проводжу з дома, проводив з своєї квартири. Зараз і зрозумілих причин проводжу з нового житла.

2:16:43 · І лише на фоні зі мною час від часу з'являються різні ілюстрації, як всі ці колайдери і пучки виглядають насправді.

2:16:54 · Але нещодавно, у травні 26го року я був у науковому відрядженні.

2:17:02 · І хоча вдень я в основному працював над іншими задачами, мені пощастило під час цього наукового відрядження побувати в декількох дуже цікавих лабораторіях. І після закінчення робочого дня вже в свій вільний час я мав змогу зняти там

2:17:26 · невеличке відео для свого каналу. Ну, звичайно, що місце, де я був, це це не церн, це не великий калайдер, але можна сказати, що це один з головних центрів європейських прискорювальної науки.

2:17:46 · Я заздалегть вибачаюсь за шум, який буде на цьому відео. Мені знов таки часто пишуть, що акустика в мене на відео не дуже гарна, але в будь-якому разі це відео було знято в реальній лабораторії під час реальних експериментів.

2:18:03 · Я сподіваюся, що воно вам сподобається і що воно вам дасть трохи більше уявлень, як вся ця прискорювальна в лабках магія, е, виникає насправді.

2:18:16 · Як все це кріогенне, як все це високочастотне. Радіочастотне залізо виглядає в реальності.

2:18:25 · Отже, я надаю слово самому собі з минулого. Я заздалегідь вибачаюсь, якщо якісь речі будуть повторюватися. Зйомка була багато в чому імпровізаційна.

2:18:38 · Я ще не зовсім уявляв, як і в яких умовах я буду знімати текст основної лекції.

2:18:49 · Отже, а наступна частина нашої лекції буде не дуже звична, бо я хотів би провести її безпосередньо з місця, де прискорювачі створюються.

Екскурсія лабораторією FREIA, Університет Уппсали

2:19:04 · От ми звикли уявляти прискорювач як щось величезне, але насправді серце будь-якого прискорювача завжди народжується в невеличких лабораторіях.

2:19:15 · І біля однієї з таких лабораторій я знаходжусь прямо зараз. Як ви можете побачити над моєю головою, вона називається Фрея. Ну, це і одночасно ім'я давньоскандинавської богинько кохання і скорочення від слів facility for research instrumentation and accelerate development. Е, ця лабораторія знаходиться на території університету міста Упсала, Швеція. І, звичайно, що тут не відкривають нові частинки безпосередньо. Тут створюють технології, які взагалі роблять ті відкриття можливими.

2:19:49 · От взагалі, коли люди чують слово прискорювач, вони, ну, зазвичай уявляють щось на кшталт, не знаю, великого адронного колайдера.

2:19:59 · Це гігантське кільце на десятки кілометрів. Це це величезні тунелі. Це тисячі магнітів. Це це колосальний масштаб. І, в принципі, це дійсно так.

2:20:11 · Але будь-який прискорювач, яким би великим, яким би складним він не був, завжди складається з окремих технологічних елементів, ну, з великої кількості надзвичайно складних блоків. І кожен з цих блоків виконує свою функцію.

2:20:26 · Таких блоків є дуже багато. Ну, наприклад, одні елементи потрібні безпосередньо, щоб розганяти частинки, інші потрібні для то, щоб фокусувати печок. Далі нам обов'язково потрібні елементи, щоб утримувати вакуу. Потім нам потрібні генератори, надзвичайно високочастотні генератори поля. Далі нам п'яті, шості, сьомій елементи і так далі. І от саме в таких лабораторіях, як ця, створюють та тестують технології, без яких прискорювач вони взагалі б не могли існувати.

2:20:56 · І сьогодні я б хотів якраз провести вас в середину цієї лабораторії і показати, як взагалі вона виглядає, чим саме займаються фізики, інженери в таких лабораторіях. Я хотів би вам пояснити, що таке взагалі сучасний прискорювач частинок на фундаментальному рівні.

2:21:17 · Тому давайте зараз зайдемо всередину цієї лабораторії і подивимося взагалі от як виглядає місце, де створюють найбільш просунуті технології для фізики XX століття. Отже, вперед.

2:21:34 · Що таке взагалі прискорювач на фундаментальному рівні? Ну, якщо казати максимально просто, то прискорювач з частинок - це машина, яка передає зарядженим частинком енергію за допомогою, ну, як правило, певних електромагнітних полів.

2:21:51 · Якщо дуже спрощено, то це виглядає приблизно так. У нас є електричне поле.

2:21:57 · Це поле прискорює частинки. У нас є магнітне поле, яке їх повертає кудись та фокусує. При цьому це все має відбуватися у вакуумі, щоб частинки зрозуміли, що не врізалися в молекули повітря. Ну і нам потрібні, звичайно, що складні технології контролю, щоб це все узгоджено якось працювало.

2:22:18 · І одна з головних систем сучасного прискорювача - це так звані радіочистослотні резонатори. Ну, англійською це називається RF cavities.

2:22:28 · Це спеціальні порожнисті ось такі от металеві структури, які використовуються саме для прискорення заряджених частинок. Ну, у прискорювачах, у колайдерах. Вони використовують дуже високочастотне електромагнітне поле. При цьому, коли ми кажемо про такі системи, нам підійде далеко на кожен етап. Як правило, у фізиці прискорювачів використовується ніобіг. Ну, там багато є причин, чому саме необіг. Це і інженерні причини. Він дуже пластичний.

2:22:59 · З нього можна легко зробити оці складні форми резонаторів. У нас є фізичні причини. Як я буду далі розповідати, нам потрібна надпровідність, а саме у необія серед усіх чистих металів найвища критична температура, коли він стає надпровідним. Ну, коротше кажучи, це дуже зручний метал. І от саме з цього ніобії якраз і роблять от такі от радіофages.

2:23:26 · Ну, на жаль, я не можу вам показати такі резонатори вживу. Не тому, що їх тут в лабораторії немає. Ну, це технологія не тільки для прискорювачів, це технологія подвійного призначення і і знімати їх мені в цій лабораторії просто-напросто заборота. Тому я лише покажу от на моделі, яка тут стоїть біля входу. Я можу показати на зображенні, як такий резонатор має виглядати. На перший погляд, вони просто нагадують якісь такі металеві резервуари складного складної такої форми. Але саме от ці резонатори є

2:23:57 · насправді серцем будь-якого прискорювача. І насправді саме в них і відбувається оце все прискорення частинок.

2:24:09 · Прискорювач не там, не знаю, штовхає частинки механічно. Там немає жодного двигуна в звичайному сенсі цього слова.

2:24:17 · Уся ідея побудована виключно на електромагнітних полях. Коли ми маємо частинку, заряджену частинку, ну, наприклад, це може бути електронна, це може бути прото, це може бути якісь йони, і вона потрапляє в електричне поле. Поле може передавати цій частинці енергії. І саме це відбувається всередині от такого резонатора. Там створюється дуже високочастотне електромагнітне поле. Причому це поле не є статичним. Ну, це зрозуміло за назм.

2:24:46 · високочастотних. Воно осцилює на дуже високих радіочастотах. Ну, я не можу назвати конкретні цифри. Ці частоти різні для різних прискорювачів. І геометрія подібних резонаторів спеціально розрахована так, щоб електромагнітна хвиля буквально, ну, формувала такі стоячі хвилі з потрібною конфігурацією поля, яке ми є. Ну, ззовні

2:25:09 · це побачити неможливо. Всі основні особливості такого резонатора, вони завжди зсередині. Ззовні це просто такий довгий металевий циліндр. Нічого більшого, нічого цікавого. Якщо частинка пролітає через оцей резонатор в правильний момент фази, електричне поле прискорює її і вона набуває швидкість вперед. Якщо ж вона пролетить в неправильний момент, поле навпаки почне її гальмувати і ми не отримуємо, як ми хотіли повисокого прискорення. Ну, це

2:25:39 · певним чином схоже на те, як людина розгойдується, не гойдалці. Якщо штовхати в правильний момент, амплітуда починає зростати. Тут те ж саме. Тільки замість гойдалки у нас оці частинки, ну, це протони, електрони чи щось інше, а замість поштовхів у нас оця електромагнітна хвиля. Ну, а далі частинка проходить через десятки, ну, навіть сотні отаких от секцій. І щоразу вона отримує нову порцію енергії. Тобто ми можемо сказати, що весь сучасний прискорювач фактично працює як гігантська система синхронізації.

2:26:16 · Людство, ну, воно змушено керувати електромагнітними хвилями з точністю, де помилка навіть в наносекунди, десь в мінус девяті секунди вже може бути дуже і дуже критичною. Тому зрозуміло, чому вони складні. Це не просто там металева камера, це резонатор надзвичайної точності. Його форма, ну, вона визначає структуру будь-якого поля всередині. Будь-які мікроскопічні деформації завжди будуть змінювати характеристики хвилини, які там є.

2:26:52 · Будь-яка домішка в матеріалі завжди буде збільшувати втрати енергії. Будь-яка, я не знаю, нерівність поверхні завжди буде породжувати велике ергеннівське. Саме тому їх роками розробляють, їх полірують, їх тестують, їх охолоджують, їх врешті-решт перевіряють у найбільш сучасних лабораторіях світу. І от Фрея, яка знаходиться зараз за моєю спиною, це якраз одна з таких лабораторій.

2:27:20 · Тут немає от безпосереднього виготовлення на весь світ, мабуть, тільки є кілька місць, де подібні cavages виробляють, але саме тут відбувається все подальше тестування цієї системи. Саме тут відбувається визначення, чи взагалі придатна вона до роботи на прискорювачі.

2:27:37 · Якщо придатна, то в якому режимі?

2:27:41 · Як я вже казав, ці резонатори є однією з найголовніших частин прискорювача. І коли ми говоримо, наприклад, про ЦЕРН або взагалі про будь-який лінійний прискорювач, то всередині нього стоять десятки, сотні, навіть тисячі таких резонатоплів. Вони завжди об'єднані у довгі секції. І принцип роботи будь-якого прискорювача лінійного, ну, тут нагадує певну естафету. Тобто частинка пролітає через перший резонатор, вона отримає трохи енергії, потім через другий ще трохи, потім через третій ще трохи і так далі.

2:28:17 · І можна сказати, що в певному сенсі, ну, весь сучасний прискорювач, це просто така дуже-дуже довга система повторюваних таких електромагнітних поштовхів. перший, другий, третій, четвертий. І е-е значна частина взагалі прогресу в галузі прискорювачів якраз і визначається здатністю людства створювати все кращ кращі от резонатори, які тут перевіряються.

2:28:50 · Залежно від матеріалу та робочої температури, всі резонатори поділяються на два головні типи. Це теплі нормально провідні та холодні надпровідні. Ну, ви можете побачити табличку з їх порівнянням. Я думаю, що зрозуміло, що коли ми кажемо про сучасну, найбільшу передову науку, нам потрібні саме другі.

2:29:09 · Нам потрібні холодні резонатори, які працюють за температури такого геню. Ну, як мені пояснили спеціалісти, теоретично зараз розробляють ці резонатори, ці cavities, які б могли працювати за температури і 4° кельвіну. Але все ж таки, ну, нормальним режимом роботи для них є 2° кельвів. це -271°C. Якби резонатори були звичайними металевими структурами при кімнатній температурі, вони б втрачали просто колосальну частину енергії нагрі. Значна частина потужності, а там велика потужність, вона просто перетворювалася в нікуди. Вона перетворювалася на тепло.

2:29:48 · Але ми маємо матеріал, який при низьких температурах приходять у надпровідне стан. А коли це надпровідник, то там опір майже зникає. І тоді всередині таких надпровідних структур ми можемо підтримувати дуже сильні поля. Ну, відносно умовно кажучи, дешево. В лапках дешево з точки зору енергетики. Але надпровідність неможлива при кімнатній температурі. Вона виникає при дуже низьких температурах. І оця лабораторія Фрея якраз і працює з надпровідними

2:30:18 · структурами при температурі 2° Кена, ну, або 271° C. І вони охолоджуються. І для цього тут є велика система для охолодження рідким гелем. Отже, давайте я зараз якраз і спробую трохи детальніше про це все розказати і показати, як воно працює і чим воно є.

2:30:40 · Зараз ми знаходимося всередині одного з експериментальних приміщень лабораторії Фрея. І перед нами одна з ключових технологій взагалі сучасної всієї прискорювальної фізики. Ось ця кришка, яку ви бачите поруч зі мною, вона насправді закриває занурений на багато метрів під землю дуже глибоку шахту кріостату. Ну, кріостат - це спеціальна система. Всередині саме цього кріостату тестують оці надпровідні радіочастотні резонатори. Якщо казати, ну, максимально просто, то ці кліостати є своєрідними, ну, скажімо так, термосами з дуже складною інженерною начинкою.

2:31:21 · В цій лабораторії два таких кріостати, і вони названі на честь дочок богіні Фреї з германовського дідарської міфології. Це Хнос і Герсемі. От саме цей - це вертикальний тео хіостат. Ну, горизонтальний він знаходиться з іншої сторони. Він знаходиться ось там, але показати я його вам не можу. Е-е, там зараз прямо виконуються досить складні, закриті для широкого загалумірювання. Ну, він знаходиться ось тут, прямо за моєю стіною, в цьому пункті.

2:31:53 · Але чому взагалі для кріостата, ну, здавалося б, для простої металевої структури потрібна установка от такого масштабу? Чому навколо неї оці товсті, дуже товсті бетонні стіни? Я трохи далі потім розкажу, наскільки товстими вони повинні бути. І вони повинні бути не просто, а з особливого бетону. Навіщо датчики радіації, які там знаходяться?

2:32:15 · Взагалі майже от вся ця космічна інфраструктура. Відповідь полягає у тому, що сучасний прискорювач, як правило, працює в режимах, які дуже далеко виходять за межі сучасної звичайної інженерії. Всередині подібних кріостатів резонатори оці охолоджуються рідким гелієм до температури приблизно в 2 Кевін, а ззовні отут зараз, де я знаходжуся, кімнатна температура. Між тими двома режимами кілька шарів дуже потужної теплової ізоляції. Там є вакуум, там є екран, там є системи охолодження, там є системи охолодження рідким азотом тощо.

2:32:54 · Тобто всередині цієї конструкції одночасно співіснує майже абсолютний нуль і наш світ. І по-іншому без всієї цієї складності, на жаль, абсолютно ніяк. Ми повинні зробити матеріал надпровідним. Як я вже казав, коли резонатор переходить в стан надпровідності, він майже перестає втрачати енергію на, ну, звичайно, що електронічний потенці. А це означає, що всередині можна створювати надзвичайно потужні електромагнітні поля без колосальних втрат енергії, які були б в іншому разі.

2:33:31 · І саме потім ці поля і розганяють частинки до швидкостей, які наближаються до швидкості світла. І саме через оці величезні поля нам потрібні оці, що оточують мене, дуже товсті бетонні стіни. Причому це незвичайний бетон. Тут використовується спеціальний надщільний батон з великою концентрацією важких компонентів для того, щоб поглинати оце іонізуюче випромінювання, яке виникає в цій системі.

2:34:01 · Більш того, ці стіни, вони побудовані не суцільним прямим проходом, вони мають складну геометрію. От вхід в цю систему, він має складну таку геометрію, ламану лінію. Один шар перекриває інший так, щоб назовні жодна пряма лінія не виходила, бо радіація, яка тут буде, а в даному випадку це потужні потоки рентгенівського випромінювання, вона завжди летить завжди прямолінійно. Якщо залишиться хоча б один прямий канал назовні, навіть маленький, частина оцієї

2:34:34 · радіації, вона почне виходити за межі цієї остановки. Тому архітектура таких приміщень, оця складна архітектура, цей такий невеличкий навіть лабіринт, вона сама по собі вже є частиною цього експерименту. От зараз я знаходжуся біля дверей в цю лабораторію і отут біля мене біля дверей якраз і знаходиться система радіаційного контролю. Безпека дуже важлива в таких системах. Сучасний прискорювач - це вже не просто там, не знаю, труба, де летять якісь частинки.

2:35:06 · Це це точка, де зустрічаються в єдине тіло квантова фізика, кліогеника, матеріальнознавство, оцей самий радіаційний захист, який мене зараз вточує. вакуумна техніка, електродинаміка і дуже, дуже-дуже складна інженерія.

2:35:28 · Ну добре, але що саме тут тестують і звідки взагалі в установці, ну де просто охолоджують металеві конструкції, може з'являтися радіація?

2:35:38 · А у середині цього кріостату знаходяться ті самі надпровідні резонаторні структури, які потім будуть працювати всередині будь-яких справжніх прискорювачих елементарних частин. В них є дуже потужне електричне поле, бо дуже потужне. І це відразу створює нам проблему. От уявіть собі метал. Навіть якщо поверхня металу нам здається ідеально гладкою, на мікроскопічному рівні там завжди існують дефекти. Не буває поверхні без дефектів. Це можуть бути дуже маленькі такі мікроскопічні виступи, дуже маленькі неоднорідності.

2:36:16 · Якщо ми маємо дуже сильне електричне поле, ці мікроскопічні точки неоднорідності починають буквально виривати електрони з поверхні металу. У фізиці це називається field emission, тобто польова емісія. Ми маємо електрони. Ці електрони рухаються в електричному полі і вони майже миттєво розганяються тим електричним полем до величезних швидкостей, а далі вони врізаються в стінки конструкції з величезною енергією. Коли електрон врізається в стінку конструкції, він починає гальмувати.

2:36:50 · Вони починають гальмувати в металі. І саме це гальмування, воно створює дуже потужне ренгенівське упромінювання. Ну, у фізиці воно так і називається, гальмівне випромінювання. Тобто ця установка, вона генерує радіацію не тому, що там є якийсь там ядерний реактор, не тому, що там є якесь там, не знаю, радіоактивне паливо. Радіація тут виникає як певний побічний ефект надзвичайно сильних електричних полів.

2:37:19 · І саме для захисту від цього випромінювання потрібні оці всі величезні, дуже товсті бетонні стіни навколо. Причому тут використовується спеціальний бетон. Це, ну, це бетон з великою концентрацією так званої залізної руди. Це, ну, він має спеціальну назву Magnetic Concrete. Товщина стін досягає десятків сантиметрів, а входи в цю конструкцію, вони зроблені у формі спеціальних L-подібних проходів. щоб випромінювання воно не мало взагалі жодного шансу, жодної можливості пройти вздовж прямої лінії і вийти на злого.

2:38:01 · Я часто кажу, що часто фізика неймовірно красива. І тут я думаю, що якраз можна оцінити всю красу цієї системи. Вчені охолоджують метал до температур близьких до абсолютного нуля, щоб усунути електричний опір. А потім там виникають дуже потужні електромагнітні поля, які з мікронерівностей виривають електрони, які породжують радіоактивне випромінювання. І жодного права на помил. Просто побудувати прискорювач недостатньо.

2:38:32 · Ми повинні ще навчитися контролювати всі режими, в яких матерія починає поводитися, ну, десь, на знаю, на межі між класичною інженерією, на межі між квантовою фізикою, на межі між електродинамікою оцих всіх високих, височенних електричних полів. Але хоча резонатору це важливо, не менш важливий, ну, в лабках герой цієї лабораторії, це рідкий гей.

2:39:03 · Якщо казати в цілому, то людство навчилося от створювати ці неймовірно потужні, колосальні електромагнітні поля лише завдяки тому, що ми вміємо охолоджувати матеріали майже до абсолютного нуля, до 2° Кевіну. У лабораторії Фрея є окремий кріоцентр. Ну, це фактично невеличкий такий кріогенний завод всередині самого університету. Я не можу там, на жаль, записати відео, але не через тому, що це якісь заборони.

2:39:34 · Просто там такий шум, що мене взагалі не буде чути. Тому я просто запишу там відео, а далі прокоментую, що там відбувається.

2:39:43 · Коли ми кажемо про цей кріоцентр, то це це не просто якийсь там холодильник, це повноцінна система, по-перше, виробництва, по-друге, зберігання, по-третє повернення і далі повторного зріження гелі. Щороку тут використовується, як я читав, приблизно десь так 14 000 л рідкого гелія. І крім гелія, вони, звичайно, що працюють з іншими матеріалами. То десь так 100 000 лі літрів рідкого азоту. А гелій, якщо ми кажемо про нього, то це не просто там ще один технічний газ.

2:40:17 · Гелій - це одна з взагалі найскладніших речовин для роботи у всій сучасній фізиці. Температура кипіння гелія, коли він переходить з рідкого в газоподібний стан - це 4 Кени. Тобто це лише на 4° вище за абсолютне ну і з ним неймовірно складно працювати. Він постійно там випаровується. він постійно кудись там тікає через найменші витоки. І будь-який контакт з теплим середовищем означає завжди, що в нас будуть великі втрати.

2:40:50 · Саме тому вся система тут побудована як багаторівнева боротьба з теплом. От просто не знаю, залити геній, звичайно, можна, але установка тоді вийде, ну, просто фантастично неефективна і дорога. Але нам пощастило, тому що крім дуже дорогого гелія у нас є досить дешевий такий азот. Що фактично ми маємо? Ми маємо гелій, а далі азот. Цей азот охолоджує систему до 77 Кевіна. І він слуговує, ну, проміжною ланкою між кімнатним середовищем і гелієм, який там працює для 2°.

2:41:28 · А сам гелій у лабораторії не просто там, не знаю, привозять у бочках і там кудись вилівають в кріостат. Тут існує ціла система його повернення. Коли рідкий гелій поступово кипить, він перетворюється на газ. Далі цей газ збирають, далі його стискають спеціальними компресорами, його очищують і знову зріджують в спеціальному там гелії. Ну, він так і називається, зріджувач. Е, от зараз я вам покажу таку

2:41:54 · велику жовту подушку. Це якраз і є те місце, де зберігається газоподібний гелій, які потом знов охолоджуються до рідко. У Фрея є спеціальна система зрічення гелію. Продуктивність її приблизно там 140 л/год. Це величезні резервуари зберігання. Це величезні компресорні станції для того, щоб цей газ повернути в нашу сцену. Фактично ми маємо замкнений цикл. Ну, в ідеалі ефективність такого циклу може бути там 95-100%. Але, звичайно, що це в ідеалі. Звичайно, що ідеально замкй цикл ніколи не буває.

2:42:32 · У нас завжди існують втрати. Частина гелія завжди втрачається. Ну, наприклад, під час перелівання завжди існують певні мікровитоки, завжди існує певне випаровування, завжди існує певне технічне обслуговування обладнання, завжди існує певне забруднення, завжди існує певний нагрів при транспортуванні. Ну, багато різних причин.

2:42:54 · Частина гелію, звичайно, що використовується з цієї лабораторії на інших факультетах, на інших департаментах. Хоча вони, звичайно, що його повертають. Як правило, це вже не зовсім чистий герд, це вже щось брудне і без додаткової очистки його неможливо знов таки використовувати. Саме тому навіть дуже потужні системи охолодження, дуже потужні системи зрідження не мають ефективність в 100%. Вони мають меншу ефективність.

2:43:23 · Але чому взагалі гелій настільки дорогий? Ну, як відомо, гелій - це другий за поширеністю матеріалу в всесвіті. Майже чверть всього всесвіту за масою, це гелій. 3/чвертіводи, ну, і десь 1% - це всі решта елементів. У всесвіті це дійсно так. Він є всюди. З нього створені зірки, з нього створений космічний газ, але не на землі. Гелій на землі - це невідновлений ресурси.

2:43:53 · Весь первинний герій, який тут колись існував, залишив нашу атмосферу мільярд років тому, коли земля лише тільки утворилася. Він полетів кудись у космос, а весь сучасний гель, він утворюється в глибинах Землі внаслідок радіоактивних розпалів. Потім він поступово накопичується. Він накопичується, як правило, в певних газових родовищах. І його видобувають саме з цих газових родовищв. І навіть якщо ми виробили гелій, то ми маємо проблему. Якщо він

2:44:24 · вилітає в атмосферу, він майже назавжди залишає нашу землю. Атоми гелі настільки легкий, що він просто тікає з нашої атмосфери у космос. Тому будь-яка втрата гелія - це буквально безповоротня втрата ресурсу, можна сказати, планетарного масштабу. І через це гелій навіть виникає викликає іноді там глобальні дефіцити. Причому дуже серйозні. Світове виробництво гелія залежить лише від декількох країн, навіть більше точно від декількох газових комплексів. Ну, наприклад, третину всього виробництва гелія забезпечує лише одна країна. Це Катар. І

2:45:04 · от тому будь-які проблеми завжди викликають проблеми з його поставками. А от рідкий азот дуже дешевий. Ми не видобуваємо рідкий азот. Ми просто беремо цей азот з атмосфери. У нас більша частина атмосфери - це азот. У промисловості ціна азоту, ну, менша ніж одного долара за літр. Іноді навіть значно дешевше, коли ми кажемо про великі об'єктиви.

2:45:28 · Так що, коли ми кажемо про гелій, то треба бути дуже уважним. І вся сучасна надпровідна фізика, це, по суті, ну, мистецтво утримувати матерію на межі там абсолютного нуля достатньо довго, достатньо стабільно і, що дуже важливо, достатньо дешево, щоб людство могло взагалі продовжувати будувати машини, які нам і потрібні для того, щоб розганяти частинки до швидкостей майже якорів швидкості світла. Тобто оці великі прискорювачі. І межа енергії прискорювача, а отже, і межа розуміння нами природи.

2:46:02 · Ну, значною ме мірою це межа того, наскільки сильні електромагнітні поля ми можемо створювати і наскільки сильні і стабільні поля ми можемо отримувати. Отже, я думаю, в цілому вам вже зрозуміло, що таке сучасна лабораторія по створюванню елементів прискорювачів і чому вона об'єднує так багато всього від радіаційного захисту і до рядкового гену.

2:46:30 · І перед тим, як залишити цю лабораторію, перед тим, як повернутися до розповіді про повторюва, проскорювачі, я б хотів, ну, поділитися кількома цікавими фактами взагалі про неї і, ну, і про прискорювачі частинок вло.

2:46:47 · Що можна цікавого розказати? Ну, наприклад, одна з найцікавіших речей, вона полягає у тому, що тут в Рея фактично тестували ее компоненти для майбутнього найпотужнішого у світі нейтронного джерела. Це так званий European Sportation Source. Ну, спрочено його називають ЄС. Його зараз добудовують у Лунді. Ну, майже добудували, але він ще не працює.

2:47:14 · Сподіваються вчені, що він повноцінно запрацює у 2027 році. Ну от от що таке прискорювач? Коли ми чуємо прискорювач, більшість людей уявляє щось типу великого адронного колайдера. Це якісь неймовірно потужні вибухи, які потрібні нам для того, щоб відкривати нові частинки. Але насправді, ну, сьогодні значна частина прискорювачів будується не для пошуку нових частин, вона будується для дослідження різних матеріалів. Наприклад, коли ми кажемо про це джерелоs, воно створюється взагалі не як колайдер. Колайдер - це те, що б'є.

2:47:51 · Там буде прискорення, там протони будуть розганяти до великих енергій, їх будуть направляти в спеціальну мішень і ця мішень буде створювати нейтрони. А от ці нейтрони, вони вже будуть використовуватися для для вивчення структури речовини, різної речовини, там, не знаю, від акумуляторів і до якихось там надпровідників, до нових матеріалів.

2:48:12 · Тобто можна сказати, що от сьогоднішній прискорювач це це не фундаментальна наука, точніше і фундаментальна теж, але не тільки фундаментальна фізика. Це це дуже потужний інструмент. Це інструмент, який може використовуватися для дослідження практично будь-якої складної матерії.

2:48:29 · І всі ті резонатори, які тут тестуються, це не готові деталі, це не якісь серйні деталі. Іноді кожен з них тестують тижнями, іноді навіть там, не знаю, місяцями. Іноді кожен цикл тестування займає до там до трьох місяців. Це монтаж, це повільне охолодження, це вимірювання. Потім це, знов таки надзвичайно обережне, дуже повільне нагрівання до кімнатної температури.

2:48:54 · От коли система взагалі працює при двох кельвівнах, будь-яке різке нагрівання, будь-яке різке охолодження може дуже сильно деформувати метал. В надпровідній фізиці навіть мікроскопічне теплове розширення вже може повністю змінити характеристику резонансу, який там є. І це зробить цю цей резонатор навіть непридатним для нас. Тобто тут фактично інженери змушені працювати з точністю, де матеріал, ну, в лавках дихає на рівні мікронів.

2:49:26 · Тобто Фрея - це вже там, не знаю, не просто місце для перевірки вже існуючих технологій. Тут тестують речі, які взагалі раніше ніколи не використовувалися в таких масштабах.

2:49:40 · І от взагалі відкриття у фізиці часто починаються не там з теоретичних статей, якби мені фізику-теоретику не було б сум а саме з інженерних можливостей. Тобто спочатку людство вчиться створювати новий етап, тип електромагнітного поля, новий тип магніту, новий тип кріогенної системи, новий той самий тип резонатора. І лише після цього фізики отримують можливість ставити експерименти, які до цього були абсолютно нам недосяжні.

2:50:13 · Отже, побувавши всередині Фрей, ми побачили, що сучасна наука - це не лише там абстрактні рівняння на дошці. Це колосальна праця інженерів. Вони буквально вчать метал працювати при температурах, які нижчі за космічний голов. Вони створюють поля, що змушують частинки розганятися до швидкості світла.

2:50:34 · Ми побачили, що от кожний успіх, як відкриття зону Хікса, чи дослідження нових матеріалів, чи створення нових прискорювачів, як той самий ЄС, який зараз будується у місті Луд, він спирається на дуже непомітні, на тихі успіхи, на ідеальну гладкість поверхні резонатора, на стабільність гелієвого циклу, навіть на навіть на бетонні стіни, які захищають вчених від побічних ефектів нової фізики, які абсолютно неминучі. І сучасний прискорювач - це не просто якась така машина. Це це дзеркало

2:51:07 · нашого розуміння взагалі реальності. Це дзеркало того, як побудований наш всесвіт. І поки от в таких лабораторіях, як ця втрейя, триває щоденна робота, ми продовжуємо наш шлях упізнання фундаментальних законів природи. Ну, я сподіваюся, що моя невеличка екскурсія до Фрей вам сподобалася і що ви трохи більше дізналися і побачили, як виглядає сучасна наука на найбільш фундаментальному рівні. І я також на це сподіваюсь.

Тандамений пелетрон, Університет Уппсали

2:51:42 · Отже, ми побачили, в яких самих залах, в яких самих приміщеннях фізики та інженери розробляють, збирають, тестують ті надсучасні радіочастотні резонатори, ті надпровідні магніти для таких гігантів, як ЄС, Європейське джерело нейтронів Олунті, про яке я згадаю трохи далі. А, до речі, під час цього візиту до Опсльського університету мені вдалося побувати ще в одному дуже цікавому місті. Це називається лабораторія Тандем.

2:52:11 · Так, непомітно приховалася у підземних поверхах університету УПС під тими приміщеннями, де проходять лекції, де проходять семінари, де проходять лабораторні роботи. Якщо у Фреї, про яку я тільки що розповідав, основний акцент робиться саме на криогеніці, на кріогенних, на дуже низьких температурах, на тестах, на розробці компонентів для майбутніх гігантів, то в тандемі працює реальний, повноцінний прискорювальний комплекс.

2:52:40 · Він щодня завантажений великою кількістю наукової роботи. І місцеві інженери мені це все демонстрували прямо під час наших візитів, прямо під час того, як відбувалися ці напряму наукові дослідження.

2:52:56 · Е, серце цього тандема - це п'ятимегавольтний, так званий тандем Пелетрон. Ну, що це взагалі таке Пелерон? Що це за звір такий?

2:53:07 · Це ще один трон. Це ще один прискорювач. Е, він чимось схожий на традиційний генератор Вандеграфа, про який я вже розповідав раніше. Ідея тут так само механічна, але вона трохи доведена до удосконалості. Е, Деграф переносив електричний заряд на цю сферу, використовуючи гумову чи шовкову стрічку. Ну, гума, шовк - це не ідеальний матеріал. Вони з часом розтягуються, вони тру, вони накопичують всяку вологу, бруд тощо. напруга починає стрибати. Сама стрічка, якщо це гума, вона може просто луснути від навантаженості.

2:53:47 · Тому в Пелетроні замінили цю гуму на такий гучний лантюк, який зроблений з металевих циліндрів. Вони називаються пелети. І вони з'єднані між собою ізолюючими ланками. Як правило, це нейлон. Це, ну, це виглядає майже як велосипедний лантюг, тільки дуже такий чистий велосипедний ланцюг і високотехнологічний.

2:54:10 · І оці металеві палети, вони заряджаються певним індуційним методом без прямого тертя. Це на шовк. І цей ланцюг на шаленій швидкості несе цей заряд до центрального електрода, як в генераторідефа і його заряджає. Тобто це прискорювач велосипедного типу. Така конструкція дозволяє працювати дуже довго. Він може працювати десятками років без зносу і він отримує напругу з фантастичною стабільністю там частки відсотка. Це дуже необхідно для матеріа матеріалознавства.

2:54:51 · Ну, звичайно, якщо ми це порівнюємо з великим адронним колайдером, то ця напруга в десятки мегаелектронвогольт, це дуже скромно, але це дуже потужна, скажімо так, цивільна зброя для досліджень. На відміну від колайдера, він розганяє майже всю періодичну таблицю. Від протонів ігелія до срібла, йоду. Він може розганяти йони золото і так далі, і так далі, і так далі.

2:55:22 · Це Пелетрон, бо він складається з велосипедного ланцюга, умовно кажучи, з пелета. А чому він тандемний?

2:55:29 · Це ще один досить цікавий трюк, який вигадали вчені, який дозволили, ну, вижити максимум от з цього електростатичного підсилення прямого. Е, фізики змушують частинку двічі прискорюватися в одному і тому ж самому потенціалі. Е, як це робиться? Як це працює? От в нас є на початку певне джерело, яке створює не позитивні, а негативні йони. Тобто беруть атоми і до тих атомів штучно доліплюють зайві електрони.

2:56:05 · Далі цей негативний йон, це може будь-який бути елемент, влітає в прискорювач. І в центрі установки він бачить величезний такий гігантський позитивний електрод з напругою 5 млн Вль негативний плюс 5 млн позитивний. Як і як і всі протилежні заряди, цей гнігійон з шаленою швидкістю притягується до нього, він летить в центр, прискорюється і отримує першу порцію енергії.

2:56:37 · Але щойно він залітає всередину цього електрода, він проходить через певну тонку мішень. Ну, це, як правило, там шар газу, це якась може бути фольга, це зона обдирання. В нас є частинка йон, у нього є зайві електрони, він врізається і оця зона обдирання буквально обдирає в прямому сенсі оці зовнішні електрони. І цей йон, він стає вже не негативним, а позитивним.

2:57:07 · Негативний йон прискорився, коли він тягнувся до позитивного електрона. Тут він перетворився на позитивний. Далі він вилітає з цієї фольги. І в нас той самий позитивний центральний електрод плюс 5 млн. Але тепер наш йон теж позитивний. І замість притягання вмикається вже колонівське відштовхування.

2:57:31 · І цей електрод, який на першому шляху тягнув до себе йо, починає його штовхати далі з великою силою у другу половину тропи. Тобто ми створили напругу в 5 млн Вль, але через те, що ми тут перекидаємо заряд, ми отримуємо кінетичну енергію, ніби в нас була напруга не пть, а 10 млн Вль. І він отримає енергію 10 МВ.

2:57:57 · можна отримати навіть ще більше, якщо ми будемо обдирати не один, а декілька електронів. Дуже цікавий трюк, який фактично вдвічі підвищує ефективність. Ну і тому ця лабораторія так і називається тандем. Тандемна лабораторія. І от якщо великий адронний колайдер використовується, щоб шукати бозони хікса, щоб якось там відкривати нофізику, то УПСЬкий тандем працює на, ну, скажімо, в лабках повсякденне життя. І ті пучки йонів, які він створює, які він прискорює, це ідеальний діагност для матеріалознавства.

2:58:36 · Е, мені розповідали дуже багато, чо що можна робити таким пучками йонів. Наприклад, за допомогою таких пучків йон вчені з точністю буквально до одного атома можуть аналізувати склад речовин, якщо ми кажемо про надтонкі плівки. Це, знов таки, дуже необхідно для сучасної наноелектроніки.

2:58:56 · Тут можна, е, моделювати радіаційні пошкодження матеріалів. А якщо ми це знаємо, як матеріали пошкоджуються під час дії різного впливу радіації, то можна потім будувати більш безпечні ядерні реактори нового покоління. Це може бути використано для моделювання обшивки космічних супутників, які весь час знаходяться під дією космічного промінювання. Крім того, і це також в Швеції досить активно використовується, цей прискорювач працює на археологію і на історію.

2:59:31 · За допомогою оцього надточного радіовуцевого датування на подібних маспектрометрах тут визначається вік стародавніх артефактів, ну, наприклад, певних поховань вікінгів, унікальних стародавніх рокописів тощо. Ну і, ее, звичайно, що ця техніка досить недешева. Це не генератор фандеграфа за 300 $ для шкільної лабораторії. Як мені казали фахівці, які там працюють, оціночна варсть цього комплекса приблизно 10-20 млн доларів. Ее, якщо це врахувати ще й

3:00:11 · приміщення, якщо і врахувати безпеку, то це може бути іще більша сума. Ну, для Упсльського університету це, звичайно, рядова лабораторія. Ее, крім цього великого прискорювача Тандем, там ще стоїть два менші прискорювачі. Вони невеличкі, вони на сотні кілов. На жаль,

3:00:30 · на превеликий жаль, для українських реалій це недосяжна, це фантастична мрія. І коли я обговорював з місцевими вченими, от давайте проведемо якісь спільні дослідження, вони кажуть: "Будь ласка, але тільки в рамках Європейського Союзу, якщо ви не член ЄС. Ну, вибачте. Так, наше обладнання доступне для будь-кого в рамках співпраці, але тільки в рамках ЄС. Інакше це обладнання для вас буде недоступним. Сумно, але це такі реалії десь ось так.

3:01:06 · Так що коли наступного разу ви десь в новинах почуєте слово прискорювач і одразу згадаєте щось типу церну, то слід пам'ятати, у світі працюють сотні, тисячі, може навіть мільйони. менших локальних прискорювальних лабораторій.

3:01:24 · Так, вони не шукають нову фізику, вони не шукають суперсиметрію, але вони щодня використовуються для наукових досліджень, для матеріалознавства, для екології, археології, біології, ядерної медицини тощо. І оцей тандем в Упсалі - це якраз чудовий приклад того, як красива стара ідея з початку 20 століття і досі залишається на передньому краї сучасної прикладної науки. Ну і в цілому візит в цей університет мені для мене був дуже цікавий, був дуже корисний.

3:02:01 · Ну добре, але давайте все ж повернемося до теми нашої сьогоднішньої лекції, до прискорювачів. Що ще я хотів сьогодні розказати, хоча лекція в нас і так вийшла дуже довго, але я думаю, що кілька цікавих моментів можна згадати. Ее, по-перше, що відбувається в кінці прискорення? Ну, нам мало прискорити частинку. Нам треба ще якось подивитися на те, що відбулося в кінці. подивитися на результат зіткнення цієї частинки з певною мішенню чи з іншим пучком, як це робиться.

Чому більшість прискорювачів людства - це не наукові прилади

3:02:42 · А по-друге, я б хотів розказати про найбільші і найцікавіші прискорювачі людства. Сучасні, які працюють прямо зараз, і майбутні, які ще в процесі проектування. Ну і нарешті третє - це певні міфи, які завжди супроводжують запуск подібних машин. А далі в кінці зробити висновки, куди взагалі рухається ця технологія та чи можливе майбутнє науки взагалі без покращення от існуючих та створення нових ще більш потужних, ще більш просунутих прискорювачів.

3:03:21 · Отже, ідемо далі.

3:03:24 · У той момент, коли два протони на шалендній швидкості врізаються один в одного, народжуються тисячі нових частинок і вони розлітаються на всі боки з цієї точки зіткнення. І нам необхідно не просто знати, що вони десь пролетіли. Нам потрібно буквально кожну з них зловити, ну, пронумерувати, виміряти енергію, масу, траєкторію. Нам потрібно якось побачити не очима оцей квантовий хаос. І для того, щоб це все побачити, в кінці детекторів, в кінці прискорювачів використовуються так звані детектори частинок.

3:04:04 · Якщо ми кажемо про сам факт зіткнення, він нас не особливо цікавить. Якщо два протони просто зустрілися один з одним на швидкості, яка близька до швидкості світла, це не результат. Це це ще не наука. Наука починається тоді, коли ми можемо чітко зрозуміти, які саме частинки народилися під час цього процесу, куди вони полетіли, яку вони мали енергію, які взагалі найбільш фундаментальні закони Всесвіту проявили себе от в першій, ну, трильйонні частки секунди після цього удару.

3:04:43 · Якщо прискорювач створює певну квантову подію, то детектор намагається цю квантову подію зафіксувати. Так, е, звичайно, якщо в нас прискорювач не науковий, а суто інженерний, промисловий прискорювач, то можна обійтися і без детекторів. Вони там просто не не потрібні. У світі існують тисячі прискорювачів, детектори в принципі не потрібні. У них просто немає такого завдання. Вони не збирають інформацію про якісь нові частинки, вони виконують абсолютно конкретну роботу.

3:05:24 · Коли, наприклад, певний прискорювач, лінійний прискорювач опромінює на заводих полімери, наприклад, щоб зробити пластик більш міцним або коли на спеціальних прискорювачах забивають йони бору, фосфору кудись в кремніх для створення процесорів, наприклад, для того ж вашого смартфона. Детектори там зані нема потреби. Там прискорювач - це не пристрий для дослідження, а це просто складний, досить коштовний інструмент для певної технології. Або ще один приклад, медицина.

3:05:59 · В мене була лекція про антиматерію, і там я досить детально розповідав про так звану позитрон емісійну томографію ПЕТ. Це метод діагностики, як правило, онкології, який використовує той факт, що пацієнту вводять певний радіопрепарат. Там є короткоживучі ізотопи, вони під час свого розпаду випромінюють позитрони, всередині тіла відбувається анігіляція і це все детектується. Але де брати ці ізотопи? В природі їх не існує.

3:06:32 · Їх потрібно синтезувати, тобто створювати прямо на місці, от прямо поруч з лабораторною палатою, де проводиться ця діагностика. І це робиться і в Києві, наприклад, у лікарні Феофанія в підвалі встановлений спеціальний медичний прискорювач. Це такий компактний комерційний циклотрон, невеличкий. У нього теж немає жодного наукового детектора. Він він не не є науковим приладом. Єдина мета цього циклотрона- прискорювати пучок протонів і вліпити цими протонами кудись в мішень з водою.

3:07:09 · В цій воді народжується цей необхідний намзотоп. Це фтор 18. Медики його забирають, синтезують з цього втора спеціальну глюкозу, несуть в сусідню палату, в сусіднє відділення і далі вводять пацієнту. І цей циклотрон у Феофанії чи в будь-якому іншому госпіталі, це не дослідницька лабораторія, це просто дуже високотехнологічна установка з виробництва певного медичного ізотопу. Ну, але мій канал все ж більше про передній край фундаментальної науки. І отут без детекторів вже ніяк.

Будова детекторів ВАК

3:07:52 · В певному сенсі робота фізики, коли ми кажемо про цей колайдер, дуже схожа на роботу криміналіста. От уявіть собі, що в нас є певне безлюдне перехрестя і там стався потужний вибух, але сам момент вибуху ніхто не бачив. Його не зафіксувала жодна хамра.

3:08:12 · Те, що є у розпорядженні слідчих - це тисячі уламків, які розкидані повсюду навколо Епіцентра. Що вони далі роблять?

3:08:21 · Вони беруть форму цих уламків, траєкторію розльота, глибину, на яку вони застрягли там десь в стінах сусідніх будинків. І в їм потрібно з з максимальною точністю встановити, що саме вибухнуло, яка була конструкція цього пристрою, яка там відбулася хімічна реакція, що це взагалі було таке. І от фізики працюють насправді абсолютно так само.

3:08:50 · Коли ми кажемо, що фізики відкрили певну частинку, ну, фізика, науки ніколи не бачить безпосередньо сам процес народження чи сам процес життя оцих цеглинок нових матерій. Більш того, абсолютна більшість найцікавіших частинок, заради яких ми і будуємо ці машини, вони живуть настільки мало, що вони фізично не встигають долетіти хоча б до першого шару детектора. От базон Хікса. Легендарний базон хікса може існувати 10 в міну2 степені секунди.

3:09:27 · Це настільки малий час, що навіть світло за цей час може пройти відстань, що дорівнює розміру атомного ядра. Неможливо побачити базон хікса в мікроскопі. Ніяк. Неможливо сфотографувати базон хікса. В принципі неможливо.

3:09:45 · Він миттєво розпадається.

3:09:48 · І ми можемо зафіксувати лише продукти його розпаду, а далі за ними довести те, що він там народився. І саме для цього навколо точок, де відбуваються зіткнення, будують гігантські підземні детектори. Ну, це, наприклад, якщо ми кажемо про адрони колайдеer, CMS або атлас у церні. І от коли в новинах святкують черговий тріумфізики, люди зазвичай уявляють собі саме це кільце колайдера. Але вся фундаментальна інформація, вона народжується не в трубі. Труба - це просто місце, яке прискорює частинки.

3:10:27 · Вона народжується всередині детекторів. Якщо казати наочно і не дуже науково, то сучасний детектор - це гігантський тривимірний цифровий фотоапарат вагою в 1000 тн з роздільною здатністю в сотні мегапікселів, який здатн робити там 40 млн кадрів за секунду. Це величезний потік інформації.

3:10:59 · жоден комп'ютер у світі не здатний повністю обробити такий шалений потік інформації. Тому там є певні інтелектуальні системи, які прямо на ходу фільтрують потік, який ми отримуємо, і викидають в смітник мільйони порошніх нецікавих кадрів. Вони залишають лише те, що найбільш цікаве, щоб потім його проаналізувати, щоб знайти найбільш унікальні події, які сталися всередині цього детектора. І якщо ви подивитеся на внутрішню архітектуру CMS або Атлас, то ви побачите принцип, ну, можна назвати принцип матрьошки або принцип цибулини.

3:11:42 · У нас є точка зіткнення і навколо цієї точки зіткнення у нас є концентричні кола, шари абсолютно різних систем реєстрації. Пучок пролітає кріз ніх наскрізь. І кожен шар діє як своєрідне сито. Він ловить, ідентифікує, вимірює енергію лише певного типу частинок. Перший шар, найближчий шар до Епіцентра, до того місця, де відбувається зіткнення це трековий детектор. Завдання трекового детектора зафіксувати траєкторії всіх заряджених частинок.

3:12:23 · Коли протони вдаряються, з точки взаємодії вилітають назовні сотні, тисячі, мільйони уламків. Вони буквально прошивають тисячі оцих сенсорів ремнієвих, високоточних, які навколо, і вони залишають в них електричні сигнали. А далі комп'ютер об'єднує ці сигнали в лінії, і він малює реальну тривимірну карту оцього квантового розльоту.

3:12:55 · В середині цього детектора, як правило, працює дуже потужний магніт, який викривлює траєкторії частинок. Позитивні загинаються в один бік, негативний в інший. І за радіусом цього закривлення ми можемо визначити, е, який був імпульс цієї частинки. Якщо частинка летить з шаленою енергією, магнітне поле її слабо загинає. Трек майже прямий. Якщо ж енергія маленька, вона закручується в майже таку спіраль. Тобто трековий детектор дає нам траєкторію, але це лише маленька частина справи.

3:13:34 · Далі нам треба знати, скільки важить, ну, в лабках важить ця подія. Тому далі за трековим детектором ідуть колориметри. Замість того, щоб просто спостерігати за частинкою, хлориметр має її повністю зупинити. Тобто вся кінетична енергія частинки має бути віддана оцьому блоку речовини. Таких колориметрів декілька. Е-е, спочатку йде електромагнітний куриметр.

3:14:07 · Коли, наприклад, в цей кулориметр влітає високоенергетичний електрон або фотон чи щось ще, він врізається в кристал і він запускає каскад так званих вторинних частинок. Ну, це називається лавина, це називається електромагнітний злив. Ця лавина повністю поглинається детектором. Ми маємо спалах. І за яскравістю цього спалаху ми можемо точно визначити, яка була енергія цих частинок.

3:14:39 · Далі іде адронний калориметр. Як правило, це щось з важких металів, і він призначений для поглинання адронів, ну, важких частинок, які утримуються сильною взаємодією. Як правило, це протони, нейтрони, піони, щось ще. Вони пробивають певні шари, але отут у важких металах вони застрягають і вони народжують свій вже адронний каскад уламків. Але і це ще не все. Далі за адронним клориметром у нас ідуть величезні, так звані міонні камери.

3:15:19 · А міонні камери, як зрозуміло з назви, - це прилад для реєстрації міонів. Міони - це окремі елементарні частинки. Я вже про них згадував в минулих лекціях. Я вже згадував про них в лекції чи можна зменшити атом. Я вже згадував про них в лекції про фізикуе елементарних частинок. Можна сказати, що це важкі електрони, важкі аналоги електрона. І ці міони настільки важливі для будь-якої нової фізики, що сама назва цього детектора CMS, compact selenoid. компактний міонний соленоїд.

3:15:57 · Сама назва підкреслює, що вся ця багатотонна машина, вся ця багатотонна цибулина історично проектувалася саме навколо ідеї точного виловлювання, точного пошуку оцих важких електронів, міонів.

3:16:17 · І коли ми бачимо десь в наукових статтях, коли ми бачимо десь на екранах ті кольорові, красиві комп'ютерні картини зіткнень, де з однієї точки розлітаються ідеальні червоні, зелені, сині лінії, які закручуються кудись там в красивій спіралі, у нас є таке відчуття, нібито ми дивимося на якусь реальну фотографію мікросвіту. Ні, ніхто ніколи не фотографував кварк. Ніхто ніколи на власні очі не бачив бозон хікса. Це неможливо.

3:16:51 · Те, що фізик бачить на екрані, це не реальність мікросвіту. Це складна цифрова математична модель. Ми бачимо лише електричні сигнали. Ми бачимо лише цифри в мільйонах каналів певного детектора. І сучасна наука - це вже не наука часів Галілея. Вона займається не прямим спостереженням, а вона займається математичною гігантською реконструкцією реальності за дуже непрямими, за дуже опосередкованими словами, слідами. Тому насправді, е, кожен фізик має бути одночасно і трохи програмістом, і трохи аналітиком, і трохи спеціалістом в Data Science.

3:17:38 · І насправді для української фізичної освіти це створює великі проблеми. Е, випускники факультету, де я, наприклад, викладаю, на час випуску занадто гарно вміють програмувати. І коли різниця зарплат між IT і наукою - це десятки разів, то зрозуміло, що в науці просто не залишається майже ніколи. От, наприклад, у мене на курсі було 125 студентів, більше сотні пішло в IT. Я один залишився в українській освіті і науки з величезного курсу.

3:18:17 · І хоча я люблю, я дійсно люблю те, що я роблю, але за ті 25 років ось вже не знаю скільки разів було були думки: "А що дійсно я тут роблю, якщо фізика, на жаль, в цій країні майже нікому не потрібна?

3:18:36 · Але то таке. В будь-якому разі детектори це дуже круто. Коли ви чуєте вчені відкрили базон ікса, завжди пам'ятайте, ніхто вживу його ніколи не бачив. Його неможливо бачити. Його відкрили саме аналізуючи терабайти даних от з цих цибулин детекторів, а далі вже роблять із цих даних певні математичні реконструкції. І от тепер, після того, як ми поговорили про детектор, вже точно майже все ми поговорили, хто випромінює частинки, хто їх прискорює, хто керує їх рухом.

3:19:21 · хто і як їх потім детектує, що відбувається при зіткненнях. І далі я б хотів досить коротко описати найцікавіші прискорювачі, які коли-небудь створювало людство.

Найцікавіші прискорювачі людства: ВАК

3:19:37 · Вибір тут величезний.

3:19:40 · Тут обирати можна будь-що за будь-яким критерієм, але я вирішив зупинитися на декількох. По-перше, це, звичайно, Vк.

3:19:53 · Великарокалайтер.

3:19:54 · Це щось абсолютно поза конкуренцією. Далі вже непрацюючі американські прискорювачі. Цеon з Фермі і FAC з Брокaвена і німецькі Дезі. Далі сказати кілька слів проS. Це найбільший прискорювач нейтронів, який має запрацювати повноцінно у 27му році в Лунді, Швеція. та про FCC Future Circle це проект, якого ще не існує, але якщо він запрацює, то за своїм масштабом він може перевершити все, що людство колись створювало. Ну, звичайно, що якщо колись на нього знайдуть гроші і час.

3:20:40 · Ее, я б хотів, звичайно, щоб в цьому лоті можна було розказати і про український прискорювач. Якщо не враховувати промислові моделі, от як ці медичні циклотрони у лікарнях, ми ми не маємо своїх прискорювачів. Колись у Харкові був дуже потужний лінійний прискорювач LOE 2000. Це був прискорювач на 2 гекронльта. Це було 50 секцій, кожна з яких прискорвила електрони на 40 мегаектвольт.

3:21:17 · На певний час це був найбільший лінійний прискорювач Європи. Ну, але то вже справи, на жаль, давно минулих днів. Він вже давно не працював повну силу. Е, працювали лише його окремі секції. Ну, а після бойових дій і зовсім майже все було знищено фізично. І хоча начебто зараз вони відновили луя 40. Це такий невеличкий прискорювач електронів на 100 мегаектрон. Я скажу відверто, за сучасними світовими мірками це майже ніщо, хоча це і зараз є найкращою саме українською установкою.

3:22:02 · Е-е, якщо казати про київські установки, то невеличкий циклотрон начебто У-240 є у Києві в інституті ядерних досліджень. Але це досить закритий режимний об'єкт. І мені невідомо, чи працює він зараз. Мені невідомо в якому він стані. І в будь-якому разі, це прилад, якому більше ніж півстоліття, який знов таки за сучасними мірками безнадійно застарів.

3:22:35 · Тому, як не це не сумно, давайте поговоримо трохи не про місцеві прискорювачі, яких просто фізично немає, а про передові світові прискорювачі. І почнемо, звичайно, що з легендарного великого адронного колайдера. Великий Андролайдер - це найбільший прилад на Землі та це один з найдорожчих та наймасштабніших науково-технічних проектів в історії біологічного виду Homo Sapience. Е, за своєю фінансовою і за своєю інженерною місткістю він співмірний хіба що з Міжнародною космічною станцією.

3:23:16 · Загальна вартість будівництва, загальна вартість експериментів вже перевищила 10 млрд доларів. Над його створенням понад два десятиліття працювали більше ніж 10 000 вчених інженерів з сотень країн світу. Я вже про нього трохи казав. Дуже коротко нагадаю.

3:23:39 · Суть цієї машини, якщо прибрати складні терміни, відбувається в її назві. Він великий, бо його периметр складає 27 км. Він лежить на глибині 175 м біля кордону Швейцарії та Франції. Він адронний, тому що він розганяє не легкі електрони, а важкі згустки протонів і інших ядер, які належать до класу адронів.

3:24:09 · І він колайдер.

3:24:11 · Ми вже з'ясували, що він не запускає пучок в мішень, а він зіштовхує пучки лополоп. Він витискає фактично максимум кінетичної енергії, яку можна перетворити у масу нових частинок, які там можуть народитися. Історія ВАК товха. В історії ВАК було багато цікавих сторінок. Е, офіційний запуск Вака відбувся в вересніго року і він ледь не закінчився катастрофою. Там було певне дефектне з зварення, дефектне

3:24:47 · зварювальне з'єднання між двома надпровідними магнітами. Стався потужний пробіг, дуга, вона миттєво пробила оцю систему охолодження надскладну. Тонни рідкого гелія тоді вибухово випалися. Вони буквально зірвали гігантські оці 30титонні магніти з бетонних кріплень. Вони дуже сильно забруднили вакуумну тробу, де мали прискорюватися частинки. Рік пішов на те, щоб відновитися, відремонтувати цей шов і те, що було сталося. І це, знов таки сотні мільйонів доларів. Але він запрацював і вже в 2012 році він виконав своє найголовніше фундаментальне завдання.

3:25:32 · Це одне з тих завдань, заради якого його взагалі будували. І фізики, які там працювали, офіційно оголосили, що вони відкрили базон Хікса. Це частинка того поля, яка відповідає за масу всіх інших частинок в нашому всесвіті.

3:25:51 · В мене на каналі є окрема лекція, вона так називається: "Як виникає масу?" Де я про це відкриття більш детально розповідаю?

3:26:00 · Ну, ми можемо сказати, що великий адронний колайдер закрив останню прогалину в так званій стандартній моделі фізики. Все ми підтвердили, все працює, як і потрібно. Окрім того, він відкрив не тільки базон Хікса, він подарував вченим десятки нових екзотичних частинок. Це тетракварки, це пентакварки. Ну, вони були раніше в теорії, а та зараз вони були були відкриті вже на детекторах. Він відтворив кваркуліонну плазму. Це первинний суп, який існував після великого вибуху до того, як всі сучасні частинки народилися.

3:26:40 · Е-е, ВАК можна сказати, що він є певним символом наукового прогресу, хоча я особисто там ніколи не був. наш університет, а особливо кафедра квантової теорії поля з сусіднього фізичного факультету, ну і звичайно, що і не тільки вона тісно з ним співпрацює. Дуже багато студентівки, ну, дуже талановитих студентівки, ну, туди їхали і на стажування, і залишалися там, і працюють там і зараз. І ми маємо спільні статті між викладачами університету і науковими групами СВАК.

3:27:21 · І оце, до речі, це не привід казати, що мізки біжать з країни. Навпаки, це єдиний такий центр на планеті Земля. Жодна країна світу самотужки такий проект потягнути не може. І можливість з ними співпрацювати, це вже це вже навіть саме по собі привід для гордості. Кожен університет світу може лише пишатися, якщо його випускники, якщо його співробітники потрапляють туди на роботу.

3:27:51 · І станом на зараз великий адронний колайдер - це єдиний взагалі діючий колайдер для високоенергетичних важких частинок, яких існує на нашій планеті. Інших просто не існує. Навіть найбільші, найпотужніші, найзаможніші країни світу, як Сполучені Штати Америки та Китай, фізично, фінансово неспроможні самотужки побудувати і отримати настільки складну експериментальну установку. Це можливо лише через глобальну міжнародну співпрацю десятків прогідни. Лише вона дозволяє людству, як біологічному виду підтримувати і розвивати цей унікальний, дійсно унікальний підземний науковий інструмент.

Найцікавіші прискорювачі людства: Теватрон, RHIC, HERA

3:28:39 · Е, раніше це все було, звичайно, що не так. Раніше у світі була здорова певна конкуренція, були інші колайдери, були інші схожі прискорювачі. В Сполучених Штатах Америки в лабораторії Ферміла LAAB, це під Chicago багато десятиліть працював Тетрон. Це перший в світі надпровідний колайдер, який розганяв частинки, антипротони, протони до енергії в один ТЕВ. Тому він так і називається теватрон. Тера електроonвольт.

3:29:15 · Саме там у 95му році фізики виявили найважче серед усіх кварків. Це так званих істини кварк, true quark або top quark, терк. Теж в Сполучених Штатах Америки у Бронхевільнській лабораторії працював теж унікальний інструмент RHIC, R Productivistic Heavy Iron Collider. Він спеціалізувався на зіткненні важких йонів золота, щоб буквально плавати нуклони в первинну плазму. Якщо я не помиляюсь, то саме там була зроблена перша кварна плазма. Ну, тобто стан речовини, який відповідає першим секундам існування нашого всесвіту.

3:30:03 · Був колайдер і в Європі, був колайдер в Німеччині. Він працював у Гамбурзі у німецькому центрі Desвався Hera. Це єдина машина що зіштовхувала пучки протонів з пучками електронів чи позитронів. Це був такий квантовий мікроскоп, який використовувався для діагностики, для вивчення внутрішньої структури протонів, тих самих тощо. Всі ці колайдери були вершиною інженерії. Але от порівняйте з ВАК. Енергія великого адронного колайдера - це 13-14 теф. Це в сім разів більше, ніж теватрон.

3:30:46 · Це в десятки разів більше, ніж інші машини. І, на жаль, наш світ побудований за дуже жорсткими правилами. Якщо ти працюєш у фізиці високих енергій, то ти або найкращий, або ти ніхто. слабші колайдери, вони просто не здатні народити нові оці важкі частинки. Їм просто не вистачає енергії. Тому, коли запрацював Вак, все, ера його попередників завершилася. І Театрон в Сполучених Штатах, і в Німеччині вже років 10-15, як припинили свою роботу. Це просто пам'ятники.

3:31:31 · Пам'ятники епохи.

3:31:34 · Якщо ми кажемо про RHIC, то він тримався до останнього. Сполучені Штати намагалися тримати власну систему. Вони намагалися конкурувати зі світом, але в січні 26-го року і вони здалися. Все, він був вимкнений. На те, що навіть не побудувати його, а просто підтримувати у діючому стані, треба було десь 200 млн доларів на рік. І от американці вирішили, вони не хочуть витрачати такі гроші. Все одно результатів, які порівняні з великим адронним колайдером, вони ніколи на ньому не зможуть утримати.

3:32:13 · І от мені, е, як фізику, від цього трохи сумно. Така ситуація, коли в нас є єдина установка, вона забирає головну перевагу всього наукового методу. Що таке науковий метод? Науковий метод має бути повторюваним та має базуватися на незалежній верифікації результатів. Це основа всієї науки.

3:32:39 · Якщо ти щось відкрив в своїй лабораторії, щоб це визнати, твої колеги десь на іншому кінці планети мають побудувати схожу установку, мають повторити твій експеримент і сказати: "Так, ми бачимо те ж саме. Це істина". Або ні. Ми цього не бачимо. У вас там помилка. А сьогодні в світі немає нікого, хто міг би незалежно перевірити результати ВАК.

3:33:09 · Якщо завтра фізики в ЦЕРНІ заявлять, що вони там знайшли якесь відхилення від стандартної моделі, якщо вони знайшли якусь нову мікроскопічну сутність, ми просто будемо вірити їм на слово. Немає нікого на землі, хто зміг би повторити цей експеримент. Жодна інша лабораторія у світі просто не має оцих магнітів на вісім tтеesla, немає цього тунеля на 27 км. Це сумно. Ну, але це ціна.

3:33:43 · Це ціна, яку людство платить за цю екстремальну складність, за масштаб сучасної фундаментальної науки, за масштаб фундаментальних досліджень. Ми ми поставили все на одну карту. Ну, єдине, що тут дає певний шлях до оптимізму. ЦЕРН - це надійна організація, це міжнародна організація.

3:34:05 · Тому тут прихильникам теорії з мови особливо немає чого чека шукати. Десятки тисяч вчених з ЦЕРУ не будуть друш домовлятися між собою, як там, не знаю, приховати від Анатолія з Броварів правду про наш всесвіт. Ну, так це не працює в науці. Але вчені не були б вченими, якби вони не дивилися на крок вперед. І навіть зараз, коли великий адронний колайдер працює на максимумі, умі фізиків уже зайняті проектами майбутнього.

Найцікавіші прискорювачі людства: ESS

3:34:36 · І перша зупинка - це не колайдер, а найпотужніше у світі джерело нейтронів, яке прямо зараз вмикається на півночі Європи. Коли я був у Впсалі, то чув дуже багато розмов про ЄС у Лунді. Ну, на жаль, моє перебування там було досить регламентовано. Воно було прописано по дням, по годинам. Я не міг поїхати на південь Швеції. Я не міг подивитися на це своїми власними очима, але дізнався про цей проект дуже багато цікавого. SS - це European SPation Source.

3:35:17 · Європейське джерело розщеплення.

3:35:20 · Між університетом УПС і цим проектом Улунді існує прямий зв'язок. Лабораторія Фрея, яку я показував, створювалася в тому числі для того, щоб тестувати критичні компоненти цього джерела нейтронів. Саме через, ну, руки фізиків у Фрея, через оцей кріостатнос, біля якого я був, проходили унікальні надпровідні резонатори Double Spoke Cavities, так звані. Вони були використані, зроблені з Ніобія. Вчені

3:35:55 · запускали кожну секцію в цьому бункері на тустування. Вони охолоджували до температури рідкого гелія. Вони там вливали сотні кіловат високочастотної потужності. Вони перевіряли, як ці катушки витримують шалені градієнти електричного поля. І тільки після того, як вся ця перевірка для кожної секції була зроблена, вони давали добро на встановлення і у основних стосотметрових лінійний прискорювач, який буде працювати в Лунді з 27-го року.

3:36:29 · Але в чому унікальність цього і чому я про нього кажу окремо?

3:36:35 · Досить ми говорили про колайдери, машини, які б'ють частинки, щоб народжувати щось нове. ЄСS - це абсолютно інша установка. Це не кільце, це велетенська лінійна труба. І основна мета - це не зіткнення, а процес, який фізики називають спаляція або сколювання. SP. У нас є потужний пучок протонів. Він, знову ж таки, розганяється майже до швидкості світла. І наприкінці шляху він на повній швидкості врізається в масивне таке чотиритонне колесо з вольфраму, яке безперервно обертається і охолоджується гелієм.

3:37:22 · Коли протони врізаються в вольфрам, ядра вольфа вольфрама буквально розлітаються на шматки і в тому числі вони вивільняють потік нейтронів. Нейтрон - це дуже цікава частинка. Він не має електричного заряда. Він має багато унікальних властивостей. Якщо рентгенівське випромінювання чи електрони бачать лише важкі елементи, вони застрягають у перших шарах металу. Коли ми направляємо пучок, вони застрігають відразу. Нейтрони проходять через важку речовину дуже гарно, як через якесь прозоре скло.

3:38:06 · При цьому вони дуже чутливі до легких атомів, вони дуже чутливі до воді. І фактично оцейс - це гігантський квантовий мікроскоп розміром у кілька сотень метрів. Він потрібен не для того, щоб шукати базони гікса. Він потрібен не для того, щоб шукати темну матерію. Він потрібен для того, щоб досліджувати структуру реальних матеріалів на атомарному рівні.

3:38:35 · Оці пучки нейтронів, які виникають при вибуху Вольфрама, вони будуть у десятки разів яскравіші, ніж все, що коли-небудь людство створювало на Землі до цього часу. Це дозволить вченим робити дуже багато чого цікавого. Ну, наприклад, розглядати живі біомолекули, білки прямо

3:38:57 · в динаміці, їх не руйнуючи. Це дуже важливо для створення нових ліків. Якщо ми кажемо про енергетику, нам дуже важливо літійонний акумулятор. Нам потрібно бачити вживу, як йони літія рухаються всередині акумуляторів під час зарядки, там смартфона, електромобіля зарядної станції. Зрозуміти, чому вони взагалі деградуються. Нам потрібно просвічувати крила літаків, там залізничні рейки, дивитися, чи є там якісь мікротріщини всередині метала.

3:39:26 · Потрібно вивчати природу квантових напівпровідників. Проект ЄС - це не новий проект. Його будівництво почалося, здається, ще у 2014 році. І, звичайно, що спочатку вчені очікували отримати результати значно раніше. Ну, але було багато складнощів. почався ковід, потім були великі труднощі з технологіями, з тонким налаштуванням всіх тих надпровідних систем.

3:39:54 · Проте якраз у 26му році вже офіційно інженери переходять від монтажу до фази запуску. Зараз там виконується так званий тест нейтронної фабрики. Це вже повна верифікація оцього лінійного прискорювача, повна верифікація вольфрамової мішені під справжнім навантаженням. І інженери очікують отримати вже до кінця року справжній перший потік протонів, який буде битися у цю вольфрамву мішень і виробляти нейтрони.

3:40:26 · І у 2027 році очікується, що розпочнеться вже повноцінна наукова робота. Тож можна сказати, що прямо зараз північ Європи перетворюється на головну матеріалознавчу столицю світу. І хоча вони і так були багато у чому попереду усієї планети, розрив буде ще більше наростати. І знов таки, це не шведський проект.

3:40:53 · Жодна країна сама не змогла б таке потягнути. Це проект 23 організації з 13 країн. От як у них вказано на сайті. The member states of the Europeans source are the Czech Republic, Denmark, Estonia, France, Germany, Hungary, Italy, Norway, Poland, Spain, Sweden, Switzerland and the United Kingdom. Ну, але знов таки, на відміну від сусідів, на відміну від тієї ж Польщі, на відміну від тієї ж Угорщини, нас там знов немає.

3:41:25 · Ну, але я сподіваюсь, що певні зв'язки будемо налагоджувати. Як мінімум, я особисто спробував встановити певні контакти з людьми з університету Купсала. Спробуємо хоча б аспірантів туди відправляти, якщо вже на державному рівні співпраці немає. Ну, але це найближче майбутнє. Це система, яка ось-ось запрацює. Ее є і значно більш віддалене. І я б хотів трохи розказати про проект Future Silc Collider, майбутній кільцевий колайдер або просто FCC. Його ще немає, але ідея цього проекта дуже активно проробляється.

Найцікавіші прискорювачі людства: FCC

3:42:12 · Це масштабний проект. Це за такого масштабу, що на його фоні навіть великий адронний колайдер - це така собі підготовчий етап. Молодша школа для майбутніх досліджень.

3:42:26 · Перше питання, яке абсолютно справедливо ставлять будь-які уряди, що виділяють на подібні проект кошти, зачекайте, пані вчені, ви щойно збудували ВАК, ви щойно витратили десятки мільярдів доларів, ви знайшли свій базонхікса, ви закрили стандартну модель. Навіщо вам потрібна знову ще більша, ще дорожча труба під землею?

3:42:54 · Ну, здається, раціональне питання. Річ у тім, що бозон Хікса став одночасно і тріумфом, і головним болем сучасної теоретичної фізики. Так, стандартну модель ми закрили, але я вже розповідав багато разів. Вона описує лише 4% від маси енергії нашого всесвіту. Я вже казав в минулих лекціях, все, що ми бачимо, зорі, планети, газ, наші з вами тіла - це крихідна піщінка. Інші 96% нашого всесвіту - це терраінкогніта.

3:43:34 · Це щось невідоме. Це темна матерія і темна енергія. Природа обох цих субстанцій нам абсолютно невідома. Стандартна модель, найпотужніша сучасна теорія елементарних частинок, не має жодної відповіді на питання, що це таке. Вона не пояснює, чому в всесвіті, наприклад, вижила матерія, куди зникла антиматерія після великого вибуху. Вона не може пояснити масу нейтрину.

3:44:06 · Ми ми перед стіною. От енергії великого адроного калайдера оці 14 терактрон просто не вистачає. щоб вибити з вакууму частинки носі якоїсь нової фізики, якщо вони є, нам потрібен інструмент принципово іншого порядку. І от, ее, якщо 27кілометрове кільце ВАК і так вже поєднало дві країни, воно десь там залягає між аеропортом Женеви і підніжжям Юрських гір, то тунель FCC має стати петлею довжиною 91 км.

3:44:44 · майже в чотири рази більше. Він повністю піде глибоко під Женевське озеро і він зачепить навіть французькі Альпи. Це не просто собі така трохи більша трохи більша машина. Це система, яка планується як декількарівневий дуже складний комплекс. Спочатку планують запустити в цей тунель електрон позитронний колайдер, зіштовхувати електрони з позитронами.

3:45:15 · Але фінальна стадія - це протонпротонний колайдер. Це щось, що буде вдаряти протони між собою. Якщо великий адронний працює на енергіях 14 терактрон, то цей має бути на 100 терактронль, а навіть більше. Ну і, звичайно, технології, складнощі, щоб утримувати протони, коли вони обертаються на такій величезні орбіці, оці вісім теes магнітів великого дрону колайдера мало.

3:45:46 · Треба нове покоління ще більш потужних надпровідних магнітів. Це щось буде, я не знаю, що, ну, ніхто не знає, що щось буде на основі Ніобія, олова Ніобій Трійстаном. Я не знаю, вони мають видавати поле десь так 16-20 tтеesla, тобто майже в три рази більше, ніж сучасні магніти. І це вже на межі можливостей матеріалів.

3:46:14 · Причому сам великий адрониколайдеer е не буде нікуди зникнений. Він буде першим ступенем прискорення для цього Future Colidral. Протони спочатку будуть розганятися у великому адронному, от в цьому старому 27 км в кільці. Вони будуть досягати максимальних енергій і вже потім оці розігріті, прискорені, вони будуть запускатися у велике 91кімтрове кільце, щоб піднімати енергію з 13 до 100 ТФ.

3:46:47 · Це дорого.

3:46:49 · Це дуже дорого. Навіть базове будівництво тільки тунеля, тільки першої стадії, оцінюється десь в 16 млрдів доларів. Якщо ми кажемо про фінальну реалізацію проекта з протонним колайдером, то це буде більше ніж 30 млрд доларів. Ну, але я трохи знаю, як це працює в науці. Якщо зараз кажуть 30 млрд, то я не здивуюся, якщо касторис і за 50 млрд доларів вийде. І для чистої науки це астрономічна сумма.

3:47:25 · Ну, слід розуміти, це не прикладні дослідження, це не ті дослідження, які потім безпосередньо дадуть якийсь прибуток. Це чиста, фундаментальна наука. Вона не потрібна для заробляння грошей. Вона потрібна для пізнання всесвіту. І, можливо, ще кілька сотень років не знайде жодного практичного застосування, а може взагалі ніколи не знайде. І от жоден бюджет, навіть американський бюджет, навіть загальноєвропейський бюджет, китайський бюджет, він не здатний витягнути такі видатки, прикладні, фундаментальні дослідження, десятки мільярдів доларів одноосібно.

3:48:08 · Більш того, це проект, який виходить взагалі за межі, за тривалість професійного життя одного покоління вчених. Якщо ми кажемо про зараз, то зараз тільки закінчуються роботи з технікое економічного обґрунтування. І навіть якщо буде зелене світло, будівництво тунеля почнеться десь в 33-35 роках. Перша стадія електрон-позитронний колайдер має десь запрацювати в 45му-48му роках. А оцей суперколайдер на 100теф, який можливо знайде темну матерію, має десь включитися ближче до 2070 року.

3:48:54 · 50 років на будівництво. І це ще нормально. Просто іншого шляху немає. Якщо ми кажемо про науку, то все, що було отак на поверхні, люди вже винайшли. Ми зрозуміли макросвіт. Нові питання фізики, вони настільки глибокі, що тільки ось так за мільярди доларів, за десятки років їх, в принципі, і можна відкривати. І ті фізики, які прямо зараз проектують FCC, вони чудово розуміють, що вони особисто ніколи не побачать перших зіткнень на тій машині. Вони вони до цього не доживуть.

3:49:35 · Вони будують цю систему для своїх онуків, для студентів, які ще зараз навіть не народилися. Це це таке собі наукове середньовіччя. Але наукове середньовіччя в найкращому сенсі цього слова, коли люди закладали фундаменти оцих величезних хаотичних соборів, чудово розуміючи, що добудують їх лише через 100, через 200 років. І можна сказати, що FCC - це дуже гарний індикатор в цілому зрілості нашої цивілізації.

3:50:10 · Жодна країна не може привласнити цей проект. Тут потрібні не просто там гроші США, Китаю чи Євросоюзу. Тут потрібен весь інтелектуальний потенціал планети. І лише, якщо всі об'єднаються, щось може вийти. щоб розрахувати динаміка пучка на оці 100 ТЕФ, щоб створити оці криогенні системи, які перекачують 1000 тон рідкого гелія на відстані 90 км, потрібні матеріалознавці з Японії, програмісти з США, інженери з Німеччини, обчислювальні кластери з усього світу. Це виклик для людства, як для єдиного біологічного виду.

3:50:54 · FCC. Ну, це ціна нашого права називатися розумними істотами, називатися Homo sapience, називатися тими, хто здатен відірватися від суто біологічного виживання, об'єднатися, подивитися разом і запитати: "А як, з чого взагалі влаштований наш світ?"

3:51:16 · Якщо ми не збудуємо цю машину, буде сумно. Експериментальна фізика високих енергій просто зупиниться на результатах великого дрона колайдера. І ми так і залишимося от в цих 4х% нашого всесвіту. Ми так і не дізнаємося, а що далі, а де ті решта 96, а як вони побудовані. Мені особисто цього би не хотілося, хоча я чудово розумію, що для переважної кількості мешканців цієї планети потреба в новому айфоні значно більш важлива, ніж потреба у пізнанні всесвіту.

3:51:59 · Ну, але на щастя, поки що в світі залишилися люди, залишилися країни, де наука викликає дійсну повагу, а не зневагу. Якщо вони побудують, якщо вони відкриють оці таємниці всесвіту, це буде чудово. Коли я своїми очима бачив відношення держави, суспільства, до професорів фізики в тій самій УПСлі, повагу до їх роботи, їх досліджень, оці умови праці, я порівнював це з тим, що бачу навколо себе тут.

3:52:40 · Ладно, не будемо про себе, не будемо про сумне. Давайте краще поговоримо трохи прое останнє, це небезпеку подібних технологій. І тут слід сказати, що в той час, як науковці рухають світ вперед, цей рух у багатьох людей викликає страх.

Міфи, що супроводжують прискорювачі: вони створять чорну діру або призведуть до розпаду вакууму

3:53:05 · Я не кажу про всяких там прибічників теорії з мови, що вишки 5G, вакцина від ковіду, це чіпування, це всесвітня змова. Ні, ну з такими людьми ані сперечатись, ані взагалі дискутувати особливого сенсу немає. Там там не працює навіть базове критичне мислення. Я кажу не про них, я кажу про розумних, освідчених людей, які знають, які розуміють фізику процесу. І от ее навіть при запуску Вак було багато таких страшилок чи чи взагалі очікувань кінця світу. Це відбувалося майже завжди.

3:53:45 · Так було під час запуску перших ядерних реакторів. Так було під час створення і випробовування атомної зброї. Так було під час запуску LHC. Так точно буде при запуску FCC. І це певною мірою оцей страх людей, він зрозумілий, коли люди чують, що вчені збираються розганяти частинки майже до швидкості світла, вчені збираються створювати умови, які існували через мільярдні частки секунди після великого вибуху.

3:54:22 · Природньо виникає питання: а а чи не може піти щось не так?

3:54:30 · Тому от давайте якраз і розглянемо кілька найхідві відоміших строків, які супроводжують оці прискорювачі вже багато десятиліття. Причому цікаво тут навіть не тільки спростування цих міфів, скільки те, ее що за кожним з них насправді стоїть реальна фізика. Напевно, найвідоміший міф про великий адронний колайдер каже нам, що він створить чорну діру, яка поглине, яка за затягне в себе землю. Е, цей страх активно обговорювався перед запуском великого колайдера у 2008 році.

3:55:20 · В газетах з'являлися заголовки про можливу загибель планети. Були навіть судові позови проти ЦЕРН. Деякі люди навіть всерйоз намагалися заборонити запуск цієї установки. Ця історія не була вигадана журналістами з нуля. Якщо ми кажемо про теорію, то дійсно у певних теоретичних моделях справді розглядалася можливість того, що під час таких процесів можуть народитися мікроскопічні чорні тіри.

3:55:55 · Це так звані теорії з додатковими просторовими вимірами. І от вони кажуть, що якщо планківська межа енергії значно нижче, ніж ми зазвичай вважаємо, тоді щось може трапитися. І дійсно, от в таких теоріях, в таких моделях, при дуже великих енергіях теоретично могла б з'явитися дуже маленька мікроскопічна чорна діра. Це не вигадка, це реальність. Таке може бути. Але навіть якщо припустити, що така чорна діра дійсно утвориться, це зовсім не означає небезпеку.

3:56:37 · Я вже казав в минулих лекціях, коли казав про гравітацію, про модель космології Пенроуза. Я казав багато, що у 1970х роках відомий британський фізик Стівен Голкінг показав, що чорні діри мають так звані квантові ефекти, і вони повинні випромінювати енергію і поступово випаровуватись. Якщо ми кажемо про великі чорні діри, астрофізичні чорні діри, то це дуже повільний процес. Якщо чорна діра масою, як наше сонце, то вона буде випаровуватися приблизно 10 в 67 степені років.

3:57:19 · Але чим менша чорна діра, тим швидше вона випаровується. І якщо ми припустимо, що в калайдері виникла б мікроскопічна чорна діра, то час її життя оцінювався б 10 в міну26 секунди або навіть менший. Тобто така чорна діра не встигає зробити нічого взагалі. Це це чорна діра, яка зникає майже миттєво після свого виникнення. Це аргумент потужний, але є ще потужніший аргумент. Аргумент від самого всесвіту.

3:58:00 · Ми часто кажемо про великий адронний колайдер як про найпотужніший прискорювач в історії людства. Я казав, в історії нашого біологічного виду. Це правда. Це чисто правда. Але природа має свої власні прискорювачі. На землю весь час падають космічні промені. Це промені надвисоких енергій. Вони безпосередньо прилітають до Землі з далеких астрофізичних джерел. І деякі з них мають енергії, які перевищують можливості LHC на багато порядків величин.

3:58:40 · У 1991 році, 15 жовтня, була зафіксована частинка, яка називається Ой, о Боже мій. І за аналізом її енергія була приблизно 320 млн ТЕФ. Це в 300 млн разів більше, ніж те, що люди навіть очікують отримати від Future Circle Ecalider. Це частинка. А скоріш за все це був протон. Вона рухалась зі швидкістю 0,999 від швидкості світла. І хоча більших енергій ми не фіксували, подібних частинок насправді ми фіксуємо достатньо багато з подібними енергії.

3:59:30 · Ми досі не розуміємо їх природу, але такі частинки бомбардують нашу землю, місяць, сонце. мільярди років. Вони бомбардують всі об'єкти в нашому всесвіті. І якби подібні зіткнення могли сформувати чорні діри, всесвіту би взагалі не існувало. Але він існує. І найкращий доказ безпечності колайдера це сам факт існування нашого всесвіту. Існує ще один сценарій, не чорна діра, про який рідше кажуть в популярній культурі, але фізика, мені особисто він здається значно більш цікавим. Це так званий розпад фальшивого вакууму.

4:00:17 · А коли я записував лекцію про кінець світу, деякі люди в коментарях писали: "Він такий щасливий, коли він розповідає про кінець світу, прямо аж сяє від щастя". Ну, не те, що псяю, але це дійсно неймовірно цікаво. Я нагадаю, що вакуум, от порожнеч в сучасній фізиці, це не просто порожній простір. Вакуум - це щось, що має певні фізичні властивості. Зокрема, вакуум там пов'язаний з полем гікса, яке заповнює весь простір тощо.

4:00:53 · І от може так бути, що вакуум, стан вакууму, де ми живемо, не є абсолютно стабільним. Це певний аналог кульки, яка лежить не вглибшій ямі, а лише в невеличкій западаній. І тоді теоретично може існувати інший, значно більш глибокий стабільний стан. Якщо колись відбудеться квантовий перехід від того стану, де ми зараз, у цей стабільний стан, то виникне так звана бульбашка істинного вакууму, яка почне розширюватися зі швидкістю світла.

4:01:31 · Ну, я не буду детально повторювати те, як це може знищити всю реальність навколо. Хто не бачив, кому цікаво, перегляньте відео про кінець світу. Там я на це витратив півгодини. Але важливо, знов таки були певні очікування, побоювання, що колайдер може якось спровокувати подібний перехід. І тут знов з'являється той самий аргумент, який я вже використовував раніше. Космічні промені.

4:02:10 · У всесвіті весь час відбуваються зіткнення з енергіями, які перевищують будь-які можливості людства в мільйони разів. Причому ті зіткнення відбуваються не десятки років, не сотні років, а мільярди років від початку існування нашого Всесвіту. Якщо наш вакуум був би здатний зруйнуватися від подібної події, це б вже відбулося безліч разів. Тому або вакуум абсолютно стабільний, або його час життя настільки величезний, що перевищує вік всесвіту на багато порядків.

4:02:52 · І навіть якщо ми запустимо оцей найпотужніший колайдер, він тут нічого принципово не додасть. Природа вже давно проводить, навчилася проводити значно більш екстремальні експерименти, ніж ті, що люди можуть навіть колись собі уявити. Ось так. Ну добре. Е, я думаю, страшилок вже достатньо. Ця лекція і так за тривалістю перевершила вже все. Я колись записував і хто до цього моменту додивився і так вже неймовірно втомлений від всієї тієї кількості герців, tтеesla, терактронт, підземних тунелів тощо.

Висновки: навіщо людтсву взагалі потрібна фундаментальна наука

4:03:43 · Так що я думаю, ее давайте тепер будемо поступово переходити до безпосередніх висновків з нашої лекції.

4:03:55 · Коли я даю інтерв'ю, мене часто запитують одне і те ж саме: добре, от це все чудово, красиво, масштабно, але яка практична користь від цієї всієї вашої фундаментальної науки тут і зараз?

4:04:13 · От краще б ви, Жені, робили нам, звичайним людям, щось корисне, ніж витрачали час на оці всі дурниці, космос, вакуум, фазони тощо. Я завжди на це питання відповідаю. Так, наука на те ій називається фундаментальною, що її завдання стати фундаментом для всього подальшого розвитку технологій нашого людства.

4:04:41 · От давайте разом подивимося на історію нашої цивілізації. X століття, коли Майкл Фаредей у X столітті крутив оці на руках перші магніти, мідні дроти, він намагався зрозуміти природу електромагнітної індукції. Тогочасні чиновники теж його питали: "А навіщо це?

4:05:02 · А навіщо це державі?"

4:05:05 · І за легендою Фарадей тоді досить іронічно відповів майбутньому прем'єр-міністру Великобританії Вільєму Гладстоуну, який тоді був канцлером козначейства. One day, sir, you may tax it. Мене час і ви, сер, будете брати з цього податки. І сьогодні от з цієї його чистої, нікому непотрібної теорії у нас не було б жодної електростанції, жодної лінії електропередач, жодного комп'ютера, смартфона, нічого б не було. Фундаментальна наука тому називається фундаментальна, що вона не займається прокращенням сьогодення, вона створює майбутнє.

4:05:49 · Це інвестиція. Це інвестиція в невідоме. Але без цих інвестицій невідоме нашого завтра, гарного завтра просто не відбудеться.

4:06:03 · І чи можливо взагалі майбутнє фізики без прискорювачів?

4:06:07 · Я думаю, ні. Я думаю, неможливо. Людство вже впритул підійшло до межі стандартної моделі. Всі наші знання зараз, всі наші теорії, експерименти просто безсилі перед загадкою темної матерії. Вони не здатні пояснити асиметрію між матерією, антиматерією. Вони не дають жодної відповіді на питання про масу нейтрину. І це той етап розвитку науки, коли от на кінчику пера це вже не розв'язати.

4:06:42 · можна написати тисячі красивих математичних моделей, моделі суперсиметрії, моделі теорії струн, але без прямого експерименту. Вони всі так і залишаться красивою, але філософією, не наукою. Щоб рухатися далі, нам критично необхідні нові енергії. Нам потрібно щось, що буде розривати тканину вакууму все глибше і глибше. І, на жаль, так сталося. Єдиний інструмент, який здатний це зробити - це нові, ще більш потужні прискорювачі частинок.

4:07:22 · Коли ми чуємо слово прискорювач, наша уява відразу малює собі той самий ЦЕРН, чи може буде малювати оцей 90кілометровий фюрлай. Проте в реальності 99,9% прискорювачів - це взагалі не наукові установки. Це практичні інструменти, це робочі інструменти, це промислові інструменти. Без них сучасне життя, сучасні технології просто неможливо собі уявити. Це медичні інструменти, це оті компактні циклотрони в підвалах різних онкоцентрів, як той самий прилад в лікарні Феофанія, які щодня напрацьовують ізотопи для позотрономісійної томографії.

4:08:09 · Це це промислові лінійні прискорювачі на різних заводах. Вони якось модифікують полімери, вони роблять пластик більш міцним, вони стерилізують медичні інструменти. Це іонні імплантатори. Вони з ювелірною точністю легують кремній, кремнієві підкладки, бором, фосфором. вони створюють оці напівпровідникові транзистори, які потім використовуються в ваших смартфонах, в ваших ноутбуках тощо. Тому прискорювачі зараз це вже не просто інструмент науки. Вони вже давно вийшли з академічних лабораторій. Це невід'ємна частина нашого побуту, навіть якщо ми це і не відчуваємо.

4:08:59 · Коли ми гортаємо сторінку десь там в соцмережі на нашому смартфоні, ми використовуємо те, що люди колись навчилися прискорювати частинки до величезних енергій. Але зупинятися на цьому от прикладному, комфортному рівні, як мені здається, людству не можна. Так, якщо ми кажемо про всі ті мегапроекти типу FCC чи навіть великого дроного колайдера, це неймовірно дорого, це складно, це викликає страх у суспільства, так, але це єдиний доступний шлях.

4:09:36 · Це шлях, який дозволяє нам зануритися дуже глибоко у неймовірно складний, у неймовірно цікавий, у неймовірно фантастичний всесвіт, який нас всіх оточує. І мені особисто було б досить сумно, якби люди задовільнилися оцими 5%ми світу, які ми вже спромоглися вивчити. Мені здається, що перед нами ще 95% абсолютної таємниці. І розгадати цю таємницю було б чудово.

4:10:14 · Ось так.

4:10:18 · Я дякую всім, хто додивився цю дійсно титанічну лекцію до самого кінця. Я дякую всім, хто подивився разом зі мною на лабораторії Упсали. Я дякую всім, хто трохи більше дізнався про наш світ. Я сподіваюсь, що тепер, коли ви будете тримати десь в руках смартфон чи чути новини з Женеви, ви будете дивитися на ці речі трохи іншими очима. Ну і, звичайно, що я дякую всім, хто підтримував мене останні місяці.

Дякую всім!

4:10:55 · Я дякую тим тисячам, десяткам тисяч людей, завдяки яким я зараз знов можу сидіти і розповідати про всесвіт. Після того, як моє минуле життя було повністю зруйновано, мене часто в різних інтерв'ю про це питають. Хто більше не хочу про це розповідати. Я не хочу бути фізиком, життя якого було знищено ракетним ударом. Я хочу бути тим, хто цікаво розповідає про всесвіт. Я сподіваюсь, що наша сьогоднішня лекція вийшла саме такою цікавою і захопливою.

4:11:42 · Ну і, мабуть, на цьому вже зовсім все. Дякую за увагу і до нових зустрічей.