Как охладить летящую частицу (@metkere) (original) (raw)

Наука и жизнь Как охладить летящую частицу

15.12.15 12:53 Академгородок, Институт ядерной физики, Премии, Физика

Фото: Мария Роговая / «Кот Шредингера».

Американское физическое общество объявило минувшей осенью о присуждении премии Роберта Вильсона за 2016 год заведующему лабораторией Института ядерной физики СО РАН Василию Пархомчуку с формулировкой «за решающий вклад в экспериментальное и теоретическое развитие метода электронного охлаждения и за достижение целевых параметров работы электронных охладителей для ускорителей в научных лабораториях по всему миру». Разработанные Пархомчуком технологии применяются как для изучения физики частиц (например, на Большом адронном коллайдере), так и в медицине (для лечения рака) и других прикладных областях.

Идея охлаждать пучки протонов впервые пришла в голову 1960‑е годы академику Гершу Будкеру, создателю Института ядерной физики в Новосибирске, сообщает журнал «Кот Шредингера». Чем ниже температура пучка, тем выше его плотность, а значит, больше число столкновений частиц в ускорительном кольце. Суть метода состояла в том, чтобы запускать на участок охлаждения совместно с протонным пучком электронный, который движется почти с той же скоростью, но намного холоднее и будет забирать тепло у протонов. В ходе экспериментов, которые начал Будкер, а продолжил Василий Пархомчук с коллегами, пучок протонов с температурой в несколько миллионов градусов удалось охладить почти до абсолютного нуля (–272 градусов Цельсия).

«Частицы очень маленькие, а расстояния между ними относительно их самих большие, поэтому разность температур может быть огромной, – объясняет Василий Пархомчук. – Например, температура катода, из которого вылетают электроны, +1 000 ºС. И эту температуру имеют частицы, которые очень быстро крутятся по кольцу диаметром в одну сотую миллиметра. Но это их внутренняя температура, а если смотреть снаружи на быстро крутящееся кольцо электронов, видно, что это крошечное зернышко движется вперёд очень медленно и, соответственно, имеет низкую температуру.

Температура объекта – это скорость его движения. Если он движется медленно, он холодный, и нам абсолютно неважно, что там у него внутри. Для нас, сидящих, допустим, на пучке протонов, он практически недвижим. Летящие среди этих сонных электронов протоны остывают с плюс миллиона градусов до –272.

В природе таких разностей температур сколько угодно. Взять ту же ледяную комету – ее лед намного ниже нуля по Цельсию, но она летит с такой скоростью, что, если ее остановить и вся тепловая энергия выделится, произойдет страшный взрыв».