Шаг в мир атомов был первым и самым важным шагом в познании мира Великой Пустоты. Сложные чуткие приборы современной экспериментальной физики сумели проникнуть в глубины субмикроскопического мира, в области, удаленные от нашей макроскопической среды, и позволили нам косвенно «наблюдать» свойства атомов и других частиц, а следовательно, в какой-то степени познавать субатомный мир. Однако мы исследуем этот мир именно косвенно, поскольку судим о нем только по последнему звену в цепочке реакций, например по щелчку счетчика Гейгера или по темному пятнышку на фотопластинке. Мы воспринимаем не сами явления, а их следы. Сам же атомный и субатомный мир по-прежнему скрыт от нас. И тем не менее ученые научились работать с субатомными частицами!
Изощренный человеческий ум позволил ученым разделить субатомные частицы, столкнув их друг с другом с огромной энергией. Высокоэнергетические столкновения субатомных частиц – основной метод, который используют физики для изучения их свойств. Кинетическая энергия обеспечивается в огромных ускорителях частиц, разгоняющих частицы до скорости, близкой к скорости света.
Когда необходимое количество энергии приобретено, частица покидает ускоритель и перемещается в пузырьковую камеру, где сталкивается с другими частицами. Пузырьковая камера представляет собой прибор для регистрации следов (треков) заряженных частиц высоких энергий. Большинство частиц, возникающих при столкновениях, очень недолговечно и существует гораздо меньше одной миллионной доли секунды, после чего частицы снова распадаются на протоны, нейтроны и электроны. Однако за это время ученые измеряют их характеристики и фотографируют их следы и на основе таких «косвенных» наблюдений делают выводы.
Оказывается, при столкновении двух частиц с высокой энергией они разбиваются на части, но эти части представляют собой частицы такого же типа и таких же размеров, поскольку они тут же возникают из кинетической энергии, задействованной в процессе столкновения. Энергия, заключенная в массах сталкиваемых частиц, преобразуется частично в кинетическую энергию других участников столкновения, а частично – в массы новых частиц.
В последнее время с целью получения и изучения новых частиц (а для этого необходимо увеличить энергию столкновений) ученые начали разгонять почти до скорости света потоки протонов, направленные навстречу друг другу. Ускорители таких встречных потоков назвали коллайдерами.
