Исчезающая малость размеров и масс в сочетании с невообразимо громадными скоростями делает мир элементарных частиц совсем не похожим на тяжелый и медленный мир земных вещей, среди которых живем и движемся мы, люди.
Весь путь в миллион километров — все 25 кругосветных путешествий по камере ускорителя — протоны совершают не за 34 часа, а за три секунды с третью. Синхрофазотрон в Дубне — ядерная праща, всегда готовая к бою.
На этом можно бы пока и остановиться, но нужно еще заполнить один зияющий пробел: не было сказано ни слова о том магнитном поле, которое рядом с электрическим заполняет камеру ускорителя. Ведь только на двух небольших участках частицы ускоряются, скатываясь с электрического спуска, а весь остальной их путь по камере пролегает в поле магнитном. Зачем же оно нужно? Зачем нужен круговой магнит весом в 36 тысяч тонн, который, как ребристая покрышка на колесе тяжеленного самосвала, плотно облегает тонкую велосипедную камеру ускорителя?
Он играет роль той карусели, на которой кружится безнравственный мальчик, таскающий доллары; роль той круглой загородки на арене, которая принуждает лошадь бежать по кругу; роль самой пращи, которая крепко держит камень, не давая ему преждевременно сорваться с кругового пути. Магнитное поле держит заряженные частицы на привязи; электрическое — гонит их вперед, а магнитное — все время заворачивает. Без него частицы немедленно врезались бы в стенку камеры, и тогда все усилия пропали бы даром — частицы сгинули бы бесследно! Магнитное поле не обогащает протоны энергией, но оно заставляет их каждые полкруга возвращаться к источникам ускорения — к пояскам электрического поля. Без магнита круговой ускоритель невозможен.
Когда впервые узнаешь об этом скромном предназначении уникальной громады дубенского магнита, срывается с языка вопрос — а зачем гонять заряженные частицы по кругу? Разве нельзя устроить так, чтобы они просто падали по прямой с высоченной электрической горы и к концу такого прямолинейного падения приобретали нужное ускорение?
Физик тотчас соглашается, что это совершенно правильная идея. Вся трудность в том, что для этого нужно было бы соорудить гору «высотою» в 10 миллиардов вольт. Другими словами, надо было бы создать электрическое поле в тысячу раз более сильное, чем поля в грозовых облаках, вызывающие разряды молний. Это была бы игра со сверхчудовищными грозами. Но нетрудно догадаться, что и этот опасный путь был все-таки испробован физиками, которых ничто и никогда не могло устрашить. «Дух приключений»!
В журналах тридцатилетней давности можно найти сообщения о попытках ученых приручить атмосферные электрические поля в горах для ускорения протонов. Трагическое в истории науки постоянно соседствует с героическим. При одном из таких опытов в Альпах был убит физик Курт Урбан.
Но дело не в опасностях, а в том, что другой путь создания частиц высоких энергий — космических частиц на Земле — оказался перспективней. Этот путь уже нам знаком: не сразу, а порциями увеличивать энергию частиц. Можно сделать так, чтобы они не падали прямо со всей высоченной электрической горы, а спускались как бы по лестнице, со ступеньки на ступеньку, понемногу наращивая энергию на длинном пути. Такие, правда не очень мощные, линейные ускорители есть во многих лабораториях. Да и в самой Дубне протоны сначала разгоняют до 8 миллионов электроновольт в прямой трубе, а потом только впрыскивают в круговую камеру. Но теперь уже и на таких линейных ускорителях (начинают получать частицы-миллиардерши. Известный физик Панофский сооружает в Америке подобную машину для ускорения электронов — она будет иметь в длину примерно две мили.
А можно поступать по-другому: можно ускорять частицы, не спуская их с чудовищно длинной лестницы, но сотни, тысячи, миллионы раз возвращая их к скромному источнику энергии — к электрическому полю сравнительно небольшого напряжения. А возвращать частицы к одному и тому же месту естественней всего вращением. Вот тут-то и пригодились свойства магнитного поля.
Дело в том, что заряженные частицы в движении отличаются от заряженных частиц в покое. И отличаются очень важной чертой: движущиеся заряды создают вокруг себя не только электрическое, но и магнитное силовое поле. А раз так — они могут взаимодействовать с магнитом. Магнитное поле — ловушка для таких частиц: оно старается не выпустить их за свои пределы.