тыс. МэВ, масса магнита 36 тыс. т).
Почему при использовании мягкой фокусировки нельзя достичь больших значений
энергии частиц? Дело в том, что с увеличением энергии частиц должен,
естественно, расти и радиус ускорителя. Это увеличение радиуса происходит в
соответствии с формулой E = 300·Н, где Е — энергия, эВ; H — напряженность
магнитного поля, Э. Но чем больше радиус, тем больше амплитуда колебаний частицы
вокруг своей равновесной орбиты. Сбить частицу с орбиты могут случайные молекулы
газа в вакуумной трубке, флуктуации ускоряющего напряжения и частоты. В связи с
этим рабочую зону (апертуру пучка) приходится увеличивать, чтобы частица не
потерялась в металле магнита во время своего пути, составляющего в ускорителе
примерно 0,5 млн. км. Это обходится очень дорого. Так, масса ускорителя на 30
тыс. МэВ с мягкой фокусировкой составила бы 100 тыс. т. Чтобы свести к минимуму
всякие колебания частицы вокруг равновесной орбиты и снизить сечение пучка,
нужно ввести более жесткую фокусировку, т. е. заставить частицы как можно меньше
отходить от своей равновесной орбиты.
Как это сделать, никто до 1951 г. не знал. Решение проблемы было выдвинуто
группой физиков Брукхейвенской лаборатории в составе Куранта, Ливингстона,
Снайдера. Ливингстон как-то предложил рассчитать, как поведет себя частица,
ускоряемая в системе из нескольких магнитов, если в каждом следующем магните
будет меняться направление, в котором поле снижается. Расчет на электронной
машине показал, что частица в этом случае движется по стабильной орбите и, кроме
того, подвергается сильным фокусирующим усилиям. В том секторе, где полюсы
наклонены внутрь, осуществляются сильная вертикальная фокусировка и
горизонтальная дефокусировка; в следующем секторе, где полюсы наклонены наружу,
фокусировка обратная. Эффект в целом заключается в том, что при определенном
расположении секторов пучок сильно фокусировался, и отклонение частиц от
равновесной орбиты было очень небольшим. Действие магнитов равнозначно в этом
смысле действию двух линз вогнутой и выпуклой, которые, будучи поставлены одна
за другой, дают в целом эффект собирания лучей. Эта идея оказалась очень
плодотворной. На ее основе построены все крупнейшие ускорители. На принципе
жесткой фокусировки работает и Серпуховский ускоритель протонов на 76 ГэВ.
В основу постройки крупнейшего в мире ускорителя 60-х годов — Серпуховского —
были положены идеи В.И.Векслера.
Пучок протонов, разогнанный в этом исполинском ускорителе, достиг энергии 76 ГэВ
(миллиардов электрон-вольт!). Под стать этой грандиозной энергии и сам
ускоритель.
Новый синхротрон стал базой нового физического института, размещенного в
Серпухове, — Института физики высоких энергий (ИФВЭ). Здесь были получены
важнейшие научные результаты: открыт новый в физике высоких энергий тип
симметрии — масштабная инвариантность, положенная теперь в основу теории сильных
взаимодействий на малых расстояниях с участием кварков — так называемой
квантовой хромодинамики.
В Серпухове открыт и новый физический эффект сложной природы, описывающий
поведение сталкивающихся частиц, — "серпуховский эффект".
Ученые США не остались в долгу и начали строить свой, еще более мощный
ускоритель. В этом, может быть, сыграл свою роль "эффект подстегивания", о
котором остроумно рассказывал академик Л.А.Арцимович:
"Делегация ученых великой державы А, возвращаясь после поездки в великую державу
Б, докладывает: