Уму непостижимо, как им удается не толкаться и не путаться в парах на такой сумасшедшей скорости. Непонятно, почему не сталкиваются друг с другом электроны, проносящиеся по своим орбитам вокруг ядра на огромной скорости [13].
Этот многослойный бушующий мир состоит из субатомных частиц, движущихся по различным орбитам с дикой скоростью, «танцующих» замечательный танец жизни под музыку, которую кто-то сочинил. А ведь речь идет о железе!
Невольно напрашивается вопрос: кто сочинил музыку для удивительного танца субатомных частиц, кто задал информационную программу и научил пары танцевать, в какой момент начался этот танец? Иными словами: как образуется материя, кто ее создал, когда это случилось? Каким образом и из чего образовался протон, как атом жизни? Следуя теории относительности, протон должен образоваться из энергии.
Чтобы подтвердить возможность образования материальных частиц из энергии и получить новые частицы, ученые проводят исследования на ускорителях частиц.
Эксперименты на БАК
Высокоэнергетические столкновения субатомных частиц – основной метод, который используют физики для изучения их свойств, и по этой причине физика частиц также носит название физики высоких энергий. Кинетическая энергия обеспечивается в огромных (достигающих в окружности нескольких километров) ускорителях частиц, в которых частицы разгоняются до скорости, близкой к скорости света, а затем сталкиваются с другими частицами.
Энергия, заключенная в массах сталкивающихся частиц, преобразуется частично в кинетическую энергию других участников столкновения, а частично – в массы новых частиц. Вот эти новые частицы и интересуют исследователей в первую очередь.
Рассмотренный этап эксперимента называется подготовкой. Свойства частицы нельзя определить вне зависимости от самого процесса подготовки. Если в подготовку вносятся изменения, свойства частицы тоже изменяются.
Возникновение материальных частиц из чистой энергии является прекрасным подтверждением правильности положения ОТО, утверждающей, что масса – это одна из форм энергии [13].
С целью получения и изучения новых частиц ученые начали разгонять почти до скорости света потоки протонов, направленные навстречу друг другу. Ускорители таких встречных потоков называются коллайдерами.
Столкновения частиц – основной экспериментальный метод для изучения их свойств и взаимодействий, и красивые линии, спирали и дуги, зафиксированные на информационных носителях, имеют первостепенное значение для современной физики. Подвергая математическому анализу следы частиц, ученые могут говорить о свойствах этих частиц; при этом часто используют компьютеры, ибо анализ очень сложен. Все эти процессы составляют акт измерения.
В начале XXI века в Цюрихе совместными усилиями Германии, Франции и России был создан самый мощный на сегодня Большой адронный коллайдер (БАК), который представляет собой 27-километровое электромагнитное кольцо, закопанное на глубине 100 метров. Его создание обошлось в 2 миллиарда долларов (см. фото на вклейке).
В конце 2010 года появилось сообщение о том, что ученые провели первый «полнометражный» эксперимент на БАК – разогнали встречные пучки протонов до энергий в 3,5 тетраэлектронвольта. В результате энергия столкновения достигла небывалой величины – 7 тетраэлектронвольт.
По замыслу ученых, БАК позволит им смоделировать Большой взрыв, то есть сотворить так называемую кварк-глюонную плазму. Это невероятно горячий (до 10 триллионов °С) «суп» из протоматерии. В таком состоянии, по мнению ученых, Вселенная находилась через доли наносекунды после своего рождения.