Как американцы живого хорька в коллайдер засунули

Original author: Jen Pinkowski
  • Translation


В феврале 1971 года в в Национальной ускорительной лаборатории США (NAL), известной сейчас как Фермилаб, начались испытания Тэватрона — самой большой экспериментальной установки в мире на тот момент. Он представлял из себя подземное кольцо длиной 6,3 км, в котором протоны и антипротоны должны были разогнаться до скорости, близкой к скорости света.

Ставки были высоки. Директор NAL Боб Уилсон обещал Министерству энергетики США запустить тэватрон в течение пяти лет. Через четыре года после старта проекта, на который было потрачено 250 миллионов долларов, физики столкнулись с непонятной проблемой: магниты, ускоряющие частицы, уже при разгоне до 0.2 ГэВ пачками выходили из строя. Однако, для решения этой высокотехнологичной проблемы было предложено элегантное низкотехнологичное решение — хорек по имени Фелиция.

Как работал тэватрон


Тэватрон, который служил науке до 2011 года, представлял собой цепочку ускорителей. Сначала молекулы водорода прогоняли через два линейных ускорителя, где они ионизировались, достигали 400 МэВ, отдавали электроны и превращались в протоны¹.

Протоны направлялись в бустерный синхротрон. Там они приобретали энергию в 8 ГэВ, после чего попадали в еще один вспомогательный ускоритель (так называемый главный инжектор), который доводил их энергию до 120 ГэВ или 150 ГэВ. Сгустки протонов с энергией 150 ГэВ немедленно инжектировались в главное кольцо километрового радиуса, окруженное как обычными, так и сверхпроводящими магнитами. Там они разгонялись до 980 ГэВ и приобретали скорость в 99,89% световой.

Часть протонов с энергией 120 ГэВ бомбардировали никелевую мишень и порождали антипротоны. Те собирались в отдельном кольце, а потом попадали в главное кольцо, где тоже разгонялись до 980 ГэВ.Таким образом в тэватроне формировалась энергия столкновения около 2 ТэВ. Этот рекорд держался почти четверть века до строительства БАК.

Первые испытания



Строительство тэватрона, 1969 год.

В далеком 1971 году Тэватрон выглядел иначе: главного инжектора и главного синхротрона еще не было, только кольцо ускорителя диаметром 4 мили. На нем располагались 774 дипольных магнита, которые управляли пучком частиц, и 240 четырехполюсных магнита, фокусировавших луч².

Это не магнитики на холодильник: каждый имел длину 20 футов и весил почти 13 тонн. При первых испытаниях у двух магнитов повредилась стекловолоконная изоляция катушек. Затем это начало повторяться несколько раз в день и за несколько месяцев исследователям пришлось менять 350 магнитов.

Несмотря на это, 30 июня 1971 года физикам удалось провести направленный поток частиц по всему кольцу. К августу им удалось прогнать поток по кругу около 10000 раз подряд. Но когда они попытались ускорить частицы выше 7 МэВ, магниты замкнули.

Физик Рюдзи Ямада, который разработал дипольный магнит, наконец понял причину: в вакуумной трубке оставалась металлическая пыль. «Когда магниты создавали сильное поле, — писал он, — фрагменты металла попадали в зазор магнита и остановили поток, так как являлись слабым магнитным материалом». Стало очевидным, что нужно убрать все лишние фрагменты, но как?

Решение от британских инженеров



Фелиция выходит из вакуумной трубы длиной 300 футов.

Для поиска «решений и идей, которые позволят сэкономить деньги» NAL пригласила британского инженера Роберта Шелдона. Он предположил, что обычный хорек может выполнить эту работу, пробежав сквозь вакуумные трубки также, как по кроличьей норе. «В его части Йоркшира хорьков использовали для охоты, — писал Фрэнк Бек³, бывший руководитель исследовательской службы в Фермилаб, — «Хорек легко пробежит внутри трубы, даже если это будет долгое путешествие в неизвестность».

Специальной доставкой с меховой фермы в Миннесоте ученым прислали самого маленького хорька, которого нашли. Фелиция была 15 дюймов в длину, у неё был бурый мех с белыми пятнами на мордочке, и она стоила 35 долларов.

Ученые остановили ускоритель, надели на шею и задние лапы Фелиции шлейку и с прикрепленной протяжкой. После того, как животное пройдет трубу, они хотели протянуть вал с чистящим средством.

Но Фелиция сразу поняла, что кроликами тут и не пахнет и отказалась лезть в главное кольцо вакуумной трубки. Возможно, её напугала узкая, неосвещенная металлическая петля длиной четыре мили.


Техник проверяет устройство, которое контролирует вакуумную систему в секции строящегося гигантского синхротона на 200 МэВ, около 1970 года.

Американцы не сдались. Они перенесли непокорного хорька в лабораторию, где дрессировали её бегать по трубкам испытательной установки, которая еще строилась. «Ее учили бегать по длинным туннелям, пока она не была готова попробовать одну из 300-футовых секций, из которых планировалось делать, вакуумные трубки в мезонной лаборатории», — написал Time⁴.

По словам Бека, после первой пробежки Фелиция выглядела немного уставшей и смущенной, но совершенно здоровой. Она протянула всю нить. Как и планировалось, рабочие протянули валик через трубку. Он вышел покрытый пятнами пыли.

Вскоре об отважной Фелиции написали СМИ. После того, как она сделала семь успешных забегов, журналисты Time поинтересовались, не нужен ли ей помощник. Неизвестный чиновник ответил: «Если Фелиция забеременеет, она может застрять в трубке».

По словам Валери Хиггинс — архивариуса и историка Fermilab — Фелиции ничего не угрожало. «Секции, через которые она пробежала, находились в процессе строительства, поэтому на них не могло быть никакого напряжения. Что касается застревания или удушья, то можно было положиться на природные инстинкты хорьков, которые бы просто не полезли по слишком узкому туннелю», — рассказала она.

Сотрудники NAL обожали Фелицию, кормили ее курицей, печенью, рыбными головами и её любимым блюдом — сырым гамбургером. Некоторые сотрудники даже носили Фелицию к себе домой на ночь.

Конец эксперимента



Фелиция исследует открытую вакуумную трубку в мезонной лаборатории.

Тем временем инженер Ханс Кауцки для борьбы с мусором в главном кольце создал «магнитного хорька». Он прикрепил дюжину майларовых дисков к стержню из нержавеющей стали вместе с гибким 700-метровым тросом из нержавеющей стали и притягивающим металл постоянным магнитом. Затем он выстрелил своим изобретением через секцию главного кольца с помощью сжатого воздуха. «С помощью двенадцати операций мы могли бы обойти все кольцо», — написал Ямада. «Таким образом, мы могли бы очистить всю вакуумную трубу, хотя и не идеально».

Но это сработало достаточно хорошо, потому что в течение следующих нескольких месяцев команда неуклонно увеличивала энергию, и не было ни одного замыкания системы. 1 марта 1972 года ученые разогнали ускоритель до 200 МэВ.

После дюжины пробежек по трубам мезонной лаборатории, которые после соединения становились для Фелиции слишком длинными, её отправили на пенсию. Большую часть времени она проводила в качестве домашнего питомца.

Весной следующего года в доме сотрудника NAL, Чарльза Круза, Фелиции стало плохо. Её отвезли к ветеринару, но 9 мая 1972 года она умерла от разрыва абсцесса в кишечном тракте.

После смерти


В некрологе, который опубликовала газета The Village Crier было написано, что из Фелиции планировалось сделать чучело, которое бы напоминало о раннем этапе развития NAL.


Портрет Фелиции

Если Фелиция и была таксидермирована, то об этом ничего не известно. «Я не находила никаких доказательств и никто не помнит, что это когда-либо происходило», — говорит Хиггинс, которая искала людей, которые работали с Фелицией или могли знать больше информации о ее судьбе после смерти. Увы, в живых осталось слишком мало свидетелей тех событий.

Большинство исторических артефактов, связанных с Фермилаб, находится в хранилище под управлением Хиггинс. Но есть ли шанс, что Фелиция до сих пор прячется где-то в глубине полок?
«Вряд ли, — говорит Валери, — «Я была бы рада, если бы нашла её, но сейчас в хранилище почти не осталось мест, куда никто давно не заглядывал».

Сегодня Фермилаб является одной из 17 национальных лабораторий, и в ней установлено несколько ускорителей частиц. Из 13 известных субатомных частиц в Стандартной модели Вселенной — шесть кварков, шесть лептонов и бозон Хиггса — там были обнаружены⁵ три: b-кварк в 1977 году, t-кварк в 1995 году и тау-нейтрино в 2000 году.

По словам представителя Фермилаб, Андреа Саллеса, ускорительный комплекс работает круглосуточно, за исключением нескольких периодов технического обслуживания. В это время также проводится очистка труб. Для коротких участков операторы ускорителя используют длинную палку с тряпкой. Если это длинный туннель, они используют метод, опробованный Фелицией: «Они обычно используют веревку, за которую протягивают чистящий валик».

P.S.
¹. Лобовое столкновение: элементарные гиганты
². Время главного кольца: самые темные и самые веселые дни Фермилаб
³. Пятьдесят лет истории Фермилаб
⁴. Архив Фермилаб
⁵. Ключевые открытия Фермилаб
Ads
AdBlock has stolen the banner, but banners are not teeth — they will be back

More

Comments 55

    +23
    Прям вспоминается старая байка про таксу-кабелеукладчик
      +1
      есть минимум одна фирма, которая занимается дрессировкой хорьков для укладки кабелей.
        0
        Ещё старше байка. Роберт Вуд запускает кошку в спектроскоп. Физика--это другая традиция. Немного старше езернета.
          +1
          Знаю и эту байку, но в наше время её рассказывать нельзя. Заклюют за жестокое обращение с котиками.
            0
            Это да, особенно за вторую историю с кошками, забором и йодистым азотом на этом самом заборе от того же Роберта Вуда.
        0
        А в чем была проблема проехать игрушечной машинкой?
          +2
          А как вы себе это представляете? Разве что спроектировать такую машинку, которая нигде не сможет криво встать и застрять.
            –2
            Если я правильно понял, там просто большая длинная и прямая труба. Где застрять и где криво встать в прямой трубе?
              0
              она не прямая. а еще машинка просто не справится с троссом.
                +2
                Если предлагать машинку для протягивания троса, то необходимо исходить из:
                1. массы троса.
                2. массы кабеля
                3. учесть трение и того и другого о стенки трубы
                4. учесть особенности сцепления колес со стенками трубы

                и на фоне этих данных кажущаяся простой инженерная задачка перестает такой быть.
                  +1
                  Если предлагать машинку для протягивания троса, то необходимо исходить из:
                  1. массы троса.

                  Зачем тащить трос? Откуда вы его взяли? Нить/протяжку надо было протащить.
                  надели на шею и задние лапы Фелиции шлейку и с прикрепленной протяжкой

                  С тросом хорёк тоже вряд ли пролез бы.
                    +1
                    Зачем тащить трос? Откуда вы его взяли? Нить/протяжку надо было протащить.

                    Трос фигурировал в предыдущих комментариях. Вероятно для упрощения описания задачи. Очевидно, что изначально протягивается что-то тонкое и максимально легкое, способной выдержать процедуру протяжки троса. Но даже 4 мили нити это не такая и маленькая масса для машинки или животного. У животного очевидно больше преимуществ в плане проходимости.

                    Также далее в комментарии предлагается использовать машинку и добавить к ней 4 мили провода, который будет иметь вес заметно больший, чем вес нити, что сделает невозможным использование маленькой машинки.

                    Машинки побольше вряд ли можно сделать такими, чтобы они после себя не оставили лишней трудноудалимой грязи.
                      +2
                      4мили и хорек не бегал. Речь шла о малых сегментах.
              –2
              Известен угол закругления тоннеля. Поставить поворотное шасси явно дешевле и проще, чем запихивать в тоннель бедное животное. Чтобы не застряла поставить сферические колеса.
              tormozedison а управлять так, как управлялись все машинки того времени — проводом.
                +11
                Вы правильно заметили — машинки того времени.
                В то время их, скорее всего, практически не было. А те, что были, явно проигрывали хорьку в мощности хода, сцеплении с поверхностью и скоростью «допиливания» до работающего прототипа.
                  –1
                  А также, вероятно, в сообразительности.
                    +8
                    По показателю милоты точно проигрывали.
                • UFO just landed and posted this here
                    +4
                    думаю, что воду было нельзя из-за материала: полностью такое изделие по всей длине не просушишь (даже теплым воздухом, который охладится через 5-10 метров), на местах стыков (во фланцах) гарантированно бы осталась вода, вызывающая коррозию, и при очередном включении ускорителя и повышении магнитного поля, ржавчина снова бы давала спецэффекты, равносильные металлической стружке, от которой пытались избавиться
                +5
                Сначала надо научиться управлять ей через металлическую трубу.
                +14
                Спектроскоп состоял из длинной деревянной трубы, в целых сорок два фута, и примерно шести дюймов диаметром, торчавшей из стены сарая на железных подставках; в одном конце ее находилась дифракционная решетка, а на другом — щель и зеркало. За первую зиму и весну после постройки в нее забрались пауки и сплели свою паутину. Когда Вуд возвратился в июне, он заметил дерзкое вторжение. Он схватил кошку и засунул ее — не без сопротивления с ее стороны — в один конец трубы, а затем закрыл его. Кошка, не имея других перспектив, доползла по туннелю к свету и выскочила из другого конца
                  +8
                  Плюс статье и плюс в карму. Однако есть несколько замечаний.

                  После того, как животное пройдет трубу, они хотели протянуть по нему вал с чистящим средством.
                  По животному? :-) Ясно, что по трубе — стало быть, по ней, а не по нему. По-английски то и другое it, но переводить нужно смысл, а не слова.

                  Нужно переводить единицы измерения. Далеко не все читающие по-русски понимают мили, футы и прочие дюймы.

                  И расставьте пропущенные запятые. Я бы нажал Ctrl+Enter, если бы ошибок было одна-две. Но их в разы больше.
                    –1
                    Да, спасибо, попозже займусь)
                    +2
                    Занятно, но все же стоит тщательнее проверять перевод. Ладно вольное использование терминов (типа «главный синхротрон» вместо «главное кольцо») или «кольцо ускорителя диаметром 4 мили» (может все же длиной?). Но вот «d-кварк в 1977 году, u-кварк в 1995 году» перепроверить легко — вообще-то в 1977 в Фермилабе открыли b-кварк, а в 1995 — t-кварк.
                    В оригинале статьи все в порядке.
                      0
                      Спасибо, исправил!
                      +1
                      А вдуть снарядоподобный зонд? Вакуумная трубка как-бы намекает, что давление выдержит.
                        +2
                        В итоге к такому решению и пришли. Пуляли туда чистящий валик сжатым воздухом.
                        –1
                        К слову так, если это и правда труба- можно было бы прокачать через нее жидкость. Если это не крупная стружка а пыль- она и в мыльной воде или растворителе выйдет
                          +2
                          Как тут уже многие писали — это таки труба, но если прокачать через неё жидкость то вы одну проблему замените на другую — как теперь эту жидкость из трубы удалить? Особенно если туда налить растворитель, который потом прилипнет к стенкам…
                            0
                            Как вариант, можно было бы какой-то поршень пропихнуть сжатым воздухом. Допустим, плотный пакет из тряпок или что-то вроде этого (артиллерийский банник). С животным та еще проблема- то нужду справит, то сдохнет. Там тоже решения есть, тем же сжатым воздухом дунуть, но потом потрошки по всему научному прибору
                          +18
                          Вот если бы они другого хорька запустили навстречу — это был бы коллайдер. А так это обычный ускоритель :)
                            0
                            Ну так в статье сказано:
                            Вскоре об отважной Фелиции написали СМИ. После того, как она сделала семь успешных забегов, журналисты Time поинтересовались, не нужен ли ей помощник. Неизвестный чиновник ответил: «Если Фелиция забеременеет, она может застрять в трубке».
                            :-)
                              0

                              Они бы столкнулись, а если они будут противоположными, то взорвутся

                                +1
                                This is a collider Sparta the way. Английский потому, что оригинал (ну и «таков путь» :)).
                              +3
                              вспоминается кошка Вуда)
                                +1
                                Долго дрессировать зверька (любого, хоть крокодильчика) не обязательно. Можно зверя проголодать, а с другой стороны пустить запах приманки, усилив его вентилятором. И, конечно, можно нагреть или охладить азотом участок трубы чтобы вынудить идти дальше и дальше.
                                  0
                                  Совсем необязательно морить зверька голодом. Достаточно, чтобы приманка была вкуснее повседневной еды зверька. И настоящая приманка, а не только запах.
                                  +2
                                  Запустили хомяка с одной стороны — с другой выбежало вот это image
                                    +1

                                    Если труба вакуумная, то напрашивается более простое решение. Тем более вакуумные насосы там уже стоят. С одной стороны затыкаем трубу мягким шароообразным материалом, с другой откачиваем воздух. Дальше работает атмосферное давление.

                                      +1
                                      И решаем проблему балластирования насосов, рассчитанных для работы на вакуум, и оказывающихся под давлением, близким к атмосферному.
                                        0
                                        Но ведь начальное разрежение от атмосферы до вакуума они чем-то делают?
                                          0
                                          Делают, но долгой работы под давлением близким к атмосферному, без балласта очень не любят, ну и резкие скачки давления (после прохождения «поршня») тоже. Да и при таком подходе гораздо проще не выкачивать, а накачивать — при откачке максимальное давление на «поршень» — 1атм, при накачке (чистым обеспыленым воздухом) можно получить и 10, и больше — зависит от прочности стенок камеры и установленной там арматуры.
                                      +5
                                      Вспомнил картинку.
                                      Кот: «Присядь, человек, нам предстоит долгий и серьёзный разговор. Так значит это управлял той красной светящейся точкой?»
                                        0
                                        Хм. Труба с обвесом из магнитов на которой разгоняют заряженные частицы. Вариант разогнать (несильно) металлический шарик с привязанной к нему ниткой я так понимаю отвергли как не няшный?
                                          0
                                          Шарик не частица, у него масса чуть чуть другая. Разогнать его может и можно, но вот ускоритель явно рассчитан на несколько другие скорости «объекта». Это же не магнит с внешней стороны трубы тянуть.
                                            0
                                            Отвечу Вам и сразу Gamliel_Fishkin
                                            Масса шарика больше чем масса частицы. Скорость шарика меньше чем масса частицы. Придать импульс на котором шарик можно поймать и нитка не порвется. Я же не предлагаю из шарика артснаряд делать.
                                            0
                                            разогнать (несильно) металлический шарик с привязанной к нему ниткой
                                            Ага, шарик разгонится и порвёт нитку. А хорошо разогнавшийся металлический шарик имеет огромную разрушительную силу. Тем более, что у шарика нет ни мозга, ни инстинкта самосохранения.
                                            +1
                                            Статья интересная, но вот ряд неточностей (которых нет в оригинале), немного портят восприятие информации:

                                            > молекулы водорода прогоняли через два линейных ускорителя
                                            Молекулы водорода нельзя прогнать через ускоритель. Они нейтральны.

                                            > магниты, ускоряющие частицы
                                            Магнитное поле не ускоряет заряженные частицы, оно изменяет траекторию. А вот электрическое поле ответственно за ускорение.

                                            > Но когда они попытались ускорить частицы выше 7 МэВ, магниты замкнули.
                                            В оригинале: But when they tried to accelerate the particles above seven BeV, the magnets shorted out. И там же дается пояснение: Today GeV, for gigaelectron volts, is more commonly used for this unit.

                                            7 МэВ слишком маленькая энергия для частиц, чтобы сразу оказаться в главном ускорительном кольце. Неспроста строят каскад ускорителей, каждый из которых заточен под очень конкретный диапазон энергий.
                                            • UFO just landed and posted this here
                                                0
                                                Интересно, но абсолютно непонятно зачем заказывать хорька, потом тренировать его и терять на этом время, если можно соорудить простой пыж с леской и протолкнуть его сжатым воздухом. В тех же США была развита вакуумная почта одно время. Или всё-таки трубка внутри была с какими-то щелями/изгибами?
                                                  0
                                                  Мне кажется, тут требовалось именно существо, у которого есть мозг.
                                                  +1
                                                  «По словам Бека, после первой пробежки Фелиция выглядела немного уставшей и смущенной» — уставшей понятно, но смущённой? Х)
                                                    +1
                                                    Официальный перевод «ошеломлённой» вроде как раз подходит.
                                                    +1
                                                    Как они научили хорька не срать в ускорителе?
                                                      +1
                                                      Предположу, что просто не кормили перед забегом.

                                                    Only users with full accounts can post comments. Log in, please.