How does an atom-smashing particle accelerator work? - Don Lincoln

Как работает сталкивающий атомы ускоритель? – Дон Линкольн

Transcriber: Andrea McDonough Reviewer: Bedirhan Cinar

Переводчик: Alexander Treshin Редактор: Olga Dmitrochenkova

One of the grandest scientific tools ever made by mankind

Один из величайших научных приборов, когда-либо созданных человечеством,

is called an atom smasher.

называется ускорителем частиц.

And I mean literally grand.

Величайший — в буквальном смысле.

The biggest one ever built,

Самый большой из когда-либо построенных —

the Large Hadron Collider, or LHC,

Большой адронный коллайдер, или БАК, —

is a ring with a circumference of about 18 miles.

это кольцо с длиной окружности около 27 км.

That's more than the entire length of Manhattan.

Это больше протяженности Манхэттена.

So what is an atom smasher?

Так что же такое ускоритель частиц?

It is a device that collides atomic nuclei together

Это устройство, в котором атомные ядра сталкиваются друг с другом

at extremely high energy.

с предельно высокой энергией.

The most powerful one scientists have ever built

В самом мощном из когда-либо построенных учёными устройстве

can heat matter to the hottest temperatures ever achieved,

материя может нагреваться до высочайших из когда-либо достигнутых температур,

temperatures last seen at a trillionth of second

температур, которых Вселенная последний раз достигла спустя триллионные доли секунды

after the universe began.

после своего возникновения.

Our accelerators are full of engineering superlatives.

В наших ускорителях полно последних достижений техники.

The beam-containing region of the LHC is a vacuum,

В вакууме несущей пучок области БАК

with lower pressure than what surrounds

давление ниже, чем вокруг

the international space station,

Международной космической станции,

and is 456 degrees Fahrenheit below zero,

а температура −271 °C,

colder than the temperature of deepest space.

что ниже температуры самого глубокого космоса.

A previous accelerator sitting in the LHC tunnel

Предыдущему ускорителю, располагавшемуся в тоннеле БАК,

holds the world record for velocity,

принадлежит рекорд по скорости,

accelerating an electron to a speed so fast

когда электрон был разогнан так сильно,

that if it were to race a photon of light,

что если бы он соревновался со световым фотоном,

it would take about 14 minutes for the photon

фотону понадобилось бы около 14 минут

to get a lead of about 10 feet.

на достижение отрыва в 3 метра.

If that doesn't impress you,

Если не впечатляет,

remember the photon is fastest thing in the universe,

вспомните, что фотон быстрее всего во Вселенной,

it goes about 186,000 miles per second.

он движется со скоростью около 300 тыс. км/с.

So how do these subatomic particle accelerators work?

Так как же работают эти ускорители субатомных частиц?

Well, they use electric fields.

В них используются электрические поля.

Electric fields make charged particles move in the same way

Электрические поля приводят заряженные частицы в движение так же,

that gravity will pull a dropped baseball.

как гравитация заставляет падать брошенный мячик.

The force from the electric field

Сила электрического поля

will pull a particle to make it move.

тянет частицу, приводя её в движение.

The speed will continue to increase

Скорость продолжает расти,

until the charged particle is moving incredibly fast.

пока движение заряженной частицы не будет невообразимо быстрым.

A simple particle accelerator can be made

Простой ускоритель заряженных частиц можно сделать,

by hooking two parallel metal plates to a battery.

прицепив две параллельные металлические пластины к батарейке.

The charge from the battery moves

Заряд с батарейки переходит

on to the two metal plates

на эти металлические пластины

and makes an electric field that pulls the particle along.

и создаёт электрическое поле, которое тянет частицу.

And that's it,

Вот и всё —

you got a particle accelerator.

у вас есть ускоритель частиц.

The problem is that an accelerator built this way is very weak.

Проблема в том, что построенный таким образом ускоритель очень слабый.

Building a modern accelerator like the LHC this way

Чтобы построить таким образом современный ускоритель, подобный БАК,

would take over five trillion standard D-cell batteries.

понадобится более пяти триллионов стандартных батареек типа D.

So scientists use much stronger batteries

Поэтому учёные используют намного более сильные батарейки,

and put them one after another.

ставя их одну за другой.

An earlier accelerator used this method

Раньше этот метод использовался в ускорителе

and was about a mile long

длиной около полутора километров,

and was equivalent to 30 billion batteries.

который был эквивалентен 30 миллиардам батареек.

However, to make an accelerator

Однако чтобы ускоритель

that is equivalent to five trillion batteries

был эквивалентен пяти триллионам батареек,

would require an accelerator 150 miles long.

он должен быть длиной 240 км.

Scientists needed another way.

Учёным нужен был другой способ.

While electric fields would make a particle go faster,

Тогда как электрические поля ускоряют частицу,

magnetic fields make them move in a circular path.

магнитные поля заставляют её двигаться по кругу.

If you put an electric field along the circle,

Если создать электрическое поле вдоль окружности,

you don't need to use miles of electric fields,

километры электрических полей не понадобятся:

you can use a single electric field over and over again.

можно использовать одно электрическое поле вновь и вновь.

The beams go around the circle,

Пучки движутся по кругу,

and each time they gain more energy.

каждый раз набирая всё бóльшую энергию.

So very high-energy accelerators consist of

Поэтому самые высокоэнергетические ускорители состоят из

a short region with accelerating electric fields,

короткого участка с ускоряющими электрическими полями

combined with long series of magnets

в сочетании с длинной последовательностью магнитов,

that guide the particles in a circle.

направляющих частицу по кругу.

The strength of the magnets

Сила магнитов

and the radius of the circular path

и радиус круговой траектории

determines the maximum energy of the beam.

определяют максимальную энергию пучка.

Once the beam is zooming along,

Как только пучок разгоняется,

then the real fun begins,

начинается настоящее веселье —

the smashing.

столкновение.

The reason physicists want to get

Ученые хотят, чтобы эти частицы

those particles moving so fast

двигались так быстро,

is so that they can slam them into one another.

для того чтобы их можно было сталкивать друг с другом.

These collisions can teach us

Такие столкновения могут раскрыть нам

about the fundamental rules that govern matter,

основополагающие законы, которым подчиняется материя,

but they'd be impossible without the feat of engineering

но это было бы невозможно без инженерного шедевра,

that is the particle accelerator.

каковым является ускоритель частиц.