СОРАН.info О ядерной физике в науке и практике школьникам новосибирского Академгородка рассказал член-корреспондент РАН, заведующий научно-исследовательской лабораторией ускорителей в Институте ядерной физики СО РАН Василий Васильевич Пархомчук в рамках цикла научно-популярных лекций «Академический час», организованных Сибирским отделением РАН.
Дети узнали, что в Новосибирске коллайдеры работают уже с 1965 года, поспорили с учёными, вредна или полезна ядерная энергетика и согласились платить физикам по 40 рублей в год, чтобы вместе с ними понять, как же устроена вселенная.
Цель этих лекций об устройстве окружающего мира, о перспективных научных направлениях и о работах, ведущихся в институтах Сибирского отделения, - привлечь внимание школьников к актуальным вопросам современной науки. «Сколько стоит европейский коллайдер?» - спрашивает у немного замученных учебным днём старшеклассников В.В. Пархомчук. - «Примерно 5 млрд евро, и строили его в течение 10 лет. Значит, 500 млн европейцев тратили около 500 млн евро в год на создание такого коллайдера. Таким образом, каждый из них за то, чтобы узнать, есть Бозон Хиггса или нет, отдавал 1 евро в год. Я бы, с удовольствием, даже 5 евро в год на такое дело пожертвовал, если бы меня попросили!»
Дети заулыбались, но в принципе согласились, что цена за открытие, вполне, приемлемая. Заместитель председателя СО РАН академик Василий Михайлович Фомин, курирующий лекции «Академического часа», выразил сомнения: «По-моему, мы их так и не убедили. Отдадут ли они по 1 евро?» А Василий Васильевич заметил, что физики не такие уж жадные и что, например, на Ливию европейцы тратят в сотни раз больше, чем на коллайдер.
Абстрактные и далёкие «космические» вопросы аудитория воспринимала спокойно, и спорить, как, например, про аварию на Чернобльской АЭС, которая за двадцать минут до этого вызвала бурную дискуссию среди пришедших школьников, никто не спешил. «Если посмотреть более внимательно на окружающее нас вещество, то становится понятно, что оно генерируется в звёздах, которые взрываются. Мы знаем, что в этих небесных телах происходят термоядерные реакции, а потом, когда их жизнь кончается, они схлопываются - и получается сильный взрыв. Вещество разлетается во все стороны и составляет основу планетных систем. Изучают сейчас этот процесс с помощью различных астрономических телескопов, которые позволяют видеть в инфракрасном диапазоне подробности происходящего», - рассказал В.В. Пархомчук.
По его словам, одно из ярких недавних событий – открытие планеты, которую назвали Kepler-22b. Находится она сравнительно недалеко: всего 600 световых лет от нас. А температура на её поверхности примерно такая же, как в Таиланде – 27°C. «Может быть, когда-нибудь встанет вопрос о том, чтобы туда полететь. Специалисты говорят, что если всё человечество разом решится послать туда экспедицию, то это не будет противоречить законам природы. А пока давайте займёмся более насущными вопросами. Например, поговорим об остатках крабовидной туманности, которая взорвалась примерно 1000 лет назад», - говорит заведующий научно-исследовательской лабораторией ускорителей в Институте ядерной физики СО РАН.
Эта туманность находится в созвездии Тельца на расстоянии 6500 световых лет от Земли и считается одним из самых сложных и интересных по своей структуре астрономических объектов. Она представляет собой останки взрыва сверхновой звезды, который произошёл около 1000 лет назад - в 1054 году его наблюдали японские и китайские астрономы. Сейчас с помощью спектрографа можно различить светящиеся нитевидные структуры – это водород, а также объекты голубого цвета - нейтральный кислород, зелёные – однократно ионизованне атомы серы, и красные – дважды ионизованные атомы кислорода. По словам В.В.Пархомчука, через какие-то миллионы лет из этого «облака», по видимому, сформируется система, где будут планеты из вполне «обычного» материала.
«Ядерная физика занимается превращением атомов в энергию. Если мы будем соединять водород друг с другом (этот процесс называется синтез) или делить уран на два атома, то сможем получать энергию. Сейчас деление урана - это регулярная процедура, которая даёт самую дешёвую энергию, потому что в каждом таком атоме её огромное количество. Пару дней назад в 350 км от Москвы был открыт новый энергоблок крупнейшей в Центральной России атомной электростанции», - объясняет Василий Васильевич. – «Есть большой научный интерес к этой области и понимание её практической важности: это не только взрывы, но и электроэнергия и много других применений».
В звёздах происходит непрерывный синтез и круговорот ядер. Учёные получают на ускорителе водород и направляют его в азотные мишени, чтобы посмотреть: чем они становятся. Таким образом, у них появляется информация о том, что и с какой скоростью происходит с элементами.
«Некоторые вещества живут очень мало. Например, изотоп С13 распадается за 10 минут. Вот сделали мы миллионы атомов, а через 10 минут их останется всего полмиллиона. Зачем нам такие атомы нужны? Сейчас они стали очень востребованы для позитронно-эмиссионной томографии. Если человек глотает лекарства, обогащённые С11, то у врачей появляется возможность проследить, куда это лекарство попало. Препарат распространяется по организму: где-то концентрируется, где-то его наоборот мало – это становится сигналом для доктора, что куда-то кровь не протекает, где-то сосуд забился. Сейчас в мире это очень важное направление диагностики. Делают циклотрон рядом с больницей, производят специальное лекарство, дают его больному, потом помещают пациента в томограф и смотрят, как эти позитроны движутся», - рассказал В.В.Пархомчук о применении достижений ядерной физики в медицине.
Ну, и самая волнующая для физиков вещь, по словам Василия Васильевича, - это столкновение на пределе возможной энергии, а именно, Большой адронный коллайдер! «За такое научное любопытство, которое пока что не имеет никакого практического применения, приходится платить огромные деньги. Но 30 лет назад никто не знал, что, например, томографы станут такими необходимыми, они тоже создавались ради чистого знания», - отметил специалист в области физики ускорителей и накопителей заряженных частиц В.В.Пархомчук. - «Несколько дней назад пришло сообщение, что, наконец-то, учёные приблизились к открытию последней, самой загадочной частицы, - бозона Хиггса. На торжественном семинаре в Женеве показывали лес ошибок и неудач в процессе исследования, но обнаруженный пик в статистике, который указывает на то, что там, наверное, есть какая-то частица, всех физиков очень взбудоражил». По словам Василия Васильевича, в Новосибирске коллайдеры работают уже с 1965 года.
Столкновение ядер атомов в земных лабораториях позволяют получить информацию о реакциях в центрах взрывающихся сверхновых и, изучая изотопный состав этих звёзд, создавать их модели. Фактически, это один из способов исследовать небесные светила.
Как отметил В.В.Пархомчук, одно из наиболее интересных открытий с использованием ускорительного масс-спектрометра в мире – это определение возраста Туринской плащаницы, древнего четырёхметрового полотна, в которое по преданию Иосиф из Аримафеи завернул тело Иисуса Христа после его крестных страданий и смерти. Результаты трёх независимых экспертиз различными университетами говорят, что возраст плащаницы около 700 лет вместо ожидаемых 2000 лет, но жаркие споры о подлинности продолжаются: богословам трудно согласиться с возможностью подмены столь ценной реликвии.
Ангелина Иванова
Фото автора.