Ernest Lawrence

Калифорнийский университет в Беркли, тысяча девятьсот тридцать девятый год. Светящаяся стеклянная вакуумная трубка размером с грейпфрут гудит между полюсами массивного электромагнита. Это был не просто очередной лабораторный эксперимент, а прототип революционного циклотрона Эрнеста Лоуренса, первого ускорителя атомов. Он создавал пучки ускоренных частиц, невидимые пули, которые вскоре раскроют секреты атома и преобразят медицину. Факт: Общий план работающего прототипа циклотрона Лоуренса.

До Лоуренса расщепление атомов было медленным и неэффективным процессом. Ученые, такие как Резерфорд, использовали природные радиоактивные материалы для бомбардировки мишеней альфа-частицами. Это было похоже на попытку сломать кирпичную стену, бросая камешки. «Нам нужны были молотки побольше», — объяснил Нур. «Лоуренс понял, что ключ к успеху — это многократное ускорение частиц, придание им достаточной энергии, чтобы действительно произвести удар». Факт: Визуализация неэффективности ускорения частиц до циклотрона.

Гениальность Лоуренса заключалась в создании «трека для частиц». Его циклотрон использовал электромагниты, чтобы заставлять частицы двигаться по спиральной траектории. Каждый раз, когда они завершали полукруг, они получали «толчок» энергии от осциллирующего напряжения. К тому времени, когда они достигали края, они двигались с огромными скоростями. Дмитрий с благоговением поднял глаза. «Значит, это как крошечные, атомные американские горки?» Факт: Вид сверху на спиральную траекторию ускорения циклотрона.

Первый циклотрон Лоуренса был всего несколько дюймов в поперечнике, это был прототип, построенный на мизерный бюджет. «Это было чудо изобретательности, — сказал Анайя. — Лоуренс и его студенты собирали детали, наматывали собственные электромагниты и строили собственные вакуумные насосы». Он ускорял ионы водорода до энергии в восемьдесят тысяч электрон-вольт. Это может показаться мало, но этого было достаточно, чтобы доказать принцип. Факт: Лоуренс строит свой первый циклотрон в загроможденной лаборатории.

Настоящий прорыв, как объяснил Нур, заключался в понимании «резонансного условия». По мере того как частицы набирали скорость, они также набирали массу, благодаря знаменитому уравнению Эйнштейна. Лоуренс понял, что, тщательно настраивая магнитное поле и осциллирующее напряжение, он может поддерживать синхронизацию частиц, непрерывно ускоряя их. «Это как раскачивать ребенка на качелях, — сказал Нур. — Если каждый раз толкать в нужный момент, можно заставить их подниматься все выше и выше». Факт: Аналогия резонанса с раскачиванием качелей.

Команда Лоуренса строила все более крупные циклотроны, кульминацией стал массивный шестидесятидюймовый аппарат. Этот гигант мог ускорять частицы до миллионов электронвольт, чего было достаточно для создания новых радиоактивных изотопов. Эти изотопы быстро нашли применение в медицине, для лечения рака и отслеживания биологических процессов. «Это была революция в ядерной медицине», — сказал Анайя. Факт: Массивный шестидесятидюймовый циклотрон доминирует в лаборатории.

В тысяча девятьсот тридцать девятом году Лоуренс получил Нобелевскую премию по физике за изобретение циклотрона. Его работа также оказалась жизненно важной для Манхэттенского проекта во время Второй мировой войны, где циклотроны использовались для разделения изотопов урана для атомной бомбы. Но Лоуренс всегда надеялся, что его изобретение будет использовано в благих целях. Дмитрий спросил: «Чувствовал ли он когда-нибудь себя плохо из-за этого?» Факт: Сопоставление празднования Нобелевской премии с участием в Манхэттенском проекте.

Сегодня ускорители частиц являются важнейшими инструментами в науке и медицине. От Большого адронного коллайдера в ЦЕРНе, исследующего фундаментальную природу материи, до больничных циклотронов, производящих медицинские изотопы, наследие Лоуренса продолжает жить. «Его работа затронула бесчисленное множество жизней, — сказал Нур. — Это прекрасная иллюстрация того, что имел в виду Сенека, когда говорил: «Всякое новое начало происходит от конца какого-то другого начала»». Факт: Современные ускорители частиц: БАК и больничные циклотроны.

Даже с мощными ускорителями многие загадки остаются неразгаданными. Что такое темная материя? Что произошло в первые мгновения после Большого взрыва? Эти вопросы побуждают ученых создавать еще более крупные и мощные машины. Дмитрий, взглянув на Нур, сделал паузу: «Значит, история еще не закончена?» Факт: Визуализация тайн космоса и поиск ответов.

Изобретение Эрнеста Лоуренса открыло новое окно во Вселенную, и его наследие продолжает вдохновлять ученых сегодня. Его циклотроны оказали глубокое влияние на мир. Хотя некоторые применения вызывали серьезные моральные вопросы, жизнь Лоуренса показывает, как человеческое любопытство в сочетании с блестящей инженерией может изменить все. Как всегда говорила Нур: «Самый прекрасный опыт, который мы можем получить, — это тайна». Факт: Грандиозный финал: монтаж наследия Лоуренса и его долгосрочного влияния.