Мы живем в то время, когда ускорители частиц – скорее обыденность, чем фантастика. В них электроны разгоняются до огромных скоростей, близких к сверхсветовым. Что происходит дальше – зависит от нужд ученых. Кто-то сталкивает электроны, чтобы получить еще более мелкие частицы (про них можно почитать здесь), кто-то добивается синхротронного излучения. Про него сейчас и поговорим.
Нам уже известно, что частицы – носители энергии. Они могут эту энергию получать, могут ее отдавать. Таким образом возникает излучение – избыток энергии, заключенной в атомах. Его можно использовать в разных целях, самая популярная из которых – увидеть что-то, что обычно не видно. Это могут быть наши кости, а могут быть и далекие звезды, обо всем этом мы еще поговорим здесь. Сегодня у нас на повестке другая тема.
Синхротронное излучение возникает, когда электроны разгоняются до скоростей, близких к световым (выше 200 000 м/с). Сами они так разогнаться не могут, поэтому процесс происходит в специальной установке, состоящей из вакуумного пространства и магнитов. Магнитное поле подталкивает частицы, и они постепенно ускоряются. При таких скоростях еще более мелкие частицы просто не могут удержаться и вылетают узким и очень ярким пучком. Открыто это излучение было во второй половине прошлого века, и сначала никто даже не понимал, как его использовать.
До этого в ходу был рентген – это излучение непрерывное, не очень яркое, от чего им удобно пользоваться. Но и проникающая способность (насколько глубоко внутрь материи с его помощью можно смотреть) у него была не самая высокая. Открытие синхротронного излучения, можно сказать, расширило возможности людей.
Основное использование после открытия – по-прежнему наблюдение за быстрыми процессами внутри вещества, например, за разделением большой (в рамках микромира) частицы на несколько маленьких. Здесь пригодились основные свойства синхротронного излучения, даже те, что сначала были признаны недостатками. Эти лучи возникали импульсами, со строгим временным диапазоном – благодаря этому можно было фиксировать изменения в строении вещества спустя равные промежутки времени. Так же это излучение крайне сконцентрировано – как свет прожектора или лазера, так что можно оставить за рамками то, что пока не нужно изучать.
Вообще, любые исследования с помощью излучения построены на очень простом механизме. Любое излучение – волны с разной длиной. Чем больше длина волны, тем больше для нее препятствий. Так, для большой волны препятствием будет камень, в который она врежется, а для маленькой – песчинка. В излучениях принцип тот же – чем меньше волна, тем меньшие частицы она сможет засечь, врезавшись в них.
Сейчас синхротронное излучение применяется и для наблюдений, и для тестирования медицинских препаратов, и для анализа артефактов. Сейчас то, что происходит глубоко внутри вещества, может дать нам узнать и о том, в каких условиях была какая-нибудь греческая ваза, и о том, насколько эффективной будет новая версия парацетамола, если такая когда-нибудь и появится.
