Ознакомительная версия. Доступно 18 страниц из 95
коммерческого успеха благодаря своим высоковольтным ускорителям. Вскоре после знаменательного открытия компания Westinghouse начала создавать высоковольтные машины, используя метод Ван де Граафа, и к 1937 году построила ускоритель на 5 МэВ, ставший известным как «Разрушитель атомов» (англ. Westinghouse Atom Smasher). К середине 1950-х годов любой уважающий себя физический факультет или лаборатория должны были иметь ускоритель частиц. Сегодня несколько компаний все еще производят машины такого типа, и вы найдете их продукцию в научно-исследовательских институтах и лабораториях по всему миру.
Если вы когда-нибудь видели одно из этих устройств, вы никогда его не забудете. На севере Англии находится Институт Кокрофта, который сегодня специализируется на проектировании и создании новых ускорителей частиц[136]. В огромном ярко освещенном атриуме института посетители застывают на месте при виде громоздкого металлического устройства.
Четыре темно-коричневых ребристых керамических изолятора тянутся вверх, окруженные металлическими кольцами в форме пончика, а между ними зигзагом проходят красноватые медные трубки. Вся конструкция тянется к потолку, где оканчивается огромным луковицеобразным металлическим терминалом. Именно этот генератор Кокрофта – Уолтона ранее обеспечивал протонами большую ускорительную установку[137] в лаборатории Резерфорда – Эплтона, к югу от Оксфорда. Хотя этот генератор производит отличное первое впечатление, на самом деле он не так уж и стар: он надежно служил с 1984 по 2005 год, когда был окончательно выведен из эксплуатации и заменен более современными технологиями[138].
… Вернемся к скрипке Беннетта. Физик-ядерщик Гарри Гоув использовал ускоритель не Кокрофта – Уолтона, а Ван де Граафа в своей лаборатории в Рочестерском университете, когда Чарльз Беннетт в 1977 году попросил его определить возраст скрипки. Это казалось невозможным, по крайней мере до тех пор, пока не возникла идея использовать ускоритель для обнаружения очень малых следов углерода-14. Для своего первого эксперимента они купили в местном магазине несколько мешков древесного угля для барбекю, чтобы увидеть углерод текущего времени (из недавно срубленных деревьев). Они вставили его в ионный источник, начальную точку ускорителя, который испаряет образцы и высоким напряжением удаляет электроны, создавая пучок заряженных ионов, которые затем ускоряются. Для сравнения, они также нашли образец графита, добытого из нефтяных месторождений, которым миллионы лет и в которых углерода-14 уже совсем ничтожное количество. 18 мая 1977 года они проанализировали два образца и обнаружили, что в древесном угле более чем в 1000 раз больше углерода-14 по сравнению с графитом. Как вспоминает Гоув, «это был один из тех мгновенно узнаваемых триумфов, которые слишком редко случаются в науке»[139].
Вместо того чтобы просто ждать, пока радиоактивный распад углерода-14 произойдет самопроизвольно, Гоув и Беннетт взяли крошечный образец и с помощью ускорителя частиц ускорили все отдельные атомы и изотопы. После достижения высокой скорости частицы изгибались под действием магнита, и, поскольку углерод-14 изгибается немного меньше, чем углерод-12, из-за большей массы, относительные количества можно просто подсчитать с помощью детектора. Ускоритель частиц обеспечивал исключительный контроль и точность, позволяя ученым обойти естественные ограничения радиоуглеродного датирования. Быстро стало ясно, что потенциальные области применения новой методики огромны.
Мейер Рубин, геохимик, возглавлявший отдел углеродного датирования в Геологической службе США, увидел статью и тут же связался с Гоувом и его командой. По словам Рубина, у него были груды небольших геологических образцов, которые слишком малы для традиционного метода углеродного датирования. Несколько недель спустя он прибыл в Рочестер, чтобы вместе с командой Гоува и Беннетта попробовать проанализировать миллиграммовые образцы новым методом.
Рубин был в восторге от возможностей измерения небольших образцов, особенно в геологии, климатологии, океанографии и дендрохронологии (изучение колец деревьев). Вместе команда сделала ряд прорывов, используя новую технику: они проверили свой метод, датируя органические образцы возрастом 48 000 лет, обнаружив, что они согласны с более ранним анализом Рубина, в котором использовались гораздо более крупные образцы. Сотрудничая со многими исследователями, группа Рочестера успешно датировала антарктические метеориты, лед, шерстистого мамонта и даже древние образцы воздуха, содержащие не миллиграммы, а всего лишь микрограммы углерода-14. В 1978 году Рубин принес кусок ткани с египетской мумии, возраст которой оценивался примерно в 2050 лет, и эксперимент подтвердил результат. Затем исследователи получили интересную, но противоречивую просьбу.
Примерно в 1979 году с командой связалось Британское общество по изучению Туринской плащаницы – с идеей датировать артефакт, в котором якобы был похоронен Иисус. Потребовалось 10 лет, чтобы воплотить в жизнь эту идею, которая в итоге привела к знаменитому расследованию 1987 года. Небольшие образцы были отправлены в ряд лабораторий по всему миру, которые специально приспособили или установили ускорители частиц для этой цели, включая Рочестер и центр радиоуглеродного датирования в Оксфорде. Гоув и Рубин с 95 % вероятностью установили, что артефакт был создан в Средние века (1260–1390 гг.н. э.), а не 2000 лет назад. В других лабораториях результаты были те же. Но, несмотря на доказательства, Туринская плащаница по-прежнему почитается.
Новый метод, изобретение которого (частично) приписывают Гоуву[140], называется ускорительной масс-спектрометрией, или УМС. Сегодня лаборатории, использующие специальные ускорители частиц в этих целях, можно найти не только в Соединенных Штатах, но и в Турции, Румынии, Австралии, Японии, России и Китае, и это лишь некоторые из них. Многие страны, где установлены эти ускорители, хотят лучше понять свою богатую географическую и культурную историю, а УМС предоставляет возможность собрать воедино истории редких и ценных предметов, не разрушая их. Как и в случае со скрипкой Беннетта, образцы, необходимые для УМС, по меньшей мере в 1000 раз меньше, чем при традиционном радиоуглеродном датировании. В большинстве случаев другого точного метода установления хронологии не существует. С тех пор технология ускорителей открыла новые возможности для изучения истории, геологии, археологии и многих других областей.
Беннетт, похоже, так и не узнал, была ли его скрипка создана Страдивари или нет. По крайней мере, он никогда не подтверждал достоверность этого маловероятного утверждения, поскольку больше об этом не упоминалось[141]. Но к тому времени, возможно, он совсем забыл о скрипке, захваченный высшим научным азартом изобретения самого точного метода датирования исторических артефактов, о котором мы знаем.
Сегодня большинство людей по-прежнему считают, что ускорители частиц и создаваемые ими лучи используются только физиками и никак не связаны с нашей пищей, водой, предметами домашнего обихода или нашим собственным телом. Тем не менее, начиная с чипов в телефонах и компьютерах и заканчивая шинами на автомобилях и термопленкой на продуктах питания, мы каждый день окружены объектами, которые были усилены или иным образом улучшены с помощью пучков частиц. Часто эти методы облучения или модификации с помощью частиц выбираются
Ознакомительная версия. Доступно 18 страниц из 95
