Мир элементарных частиц, ха­рактер их столкновений, взаимо­действий между собой и веще­ствами... Все эти чрезвычайно трудные понятия изучаются на уроках физики. Авторы школьных учебников рисунками и схемами поясняют физическую сущность явлений, происходящих в беско­нечно малых объемах материи, но понять их удается не каждому. Как устроен, скажем, цикло­трон — ускоритель элементарных частиц? Вспомним: в камеру, по­хожую на бублик, «впрыскивает­ся» поток элементарных частиц, например электронов. Их подхва­тывает электрическое поле, пе­риодически возникающее между двумя полукруглыми электрода­ми дуантами. От соприкосно­вения со стенками поток частиц удерживается мощным магнитным полем.

Описание устройства циклотро­на, как правило, воспринимается хорошо. А вот принцип действия, то есть механизм ускорения по­тока элементарных частиц, остает­ся не совсем понятным. В самом деле, как представить себе элект­роны, как они ускоряются элект­рическим полем, что их удержи­вает строго <по центру спирально­го канала? Сегодня мы расскажем об очень удачном физическом приборе, предложенном учителем Н. Маслаковичем.

Общий вид прибора показан на рисунке. Массивная подставка 6 имеет коническое седло, в кото­рое упирается игольчатый упор 7.

На этом упоре закреплены два ди­ска 3 из органического стекла, между которыми зажата спи­раль 1 — полиэтиленовая или, еще лучше, стеклянная трубка. Внутренний конец спирали наглу­хо закрыт пробкой, а внешний остается открытым. Внутри труб­ки свободно перекатывается стальной шарик 2. Устойчивость прибору придают два длинных стальных стержня 4 и массивные противовесы 5. Благодаря тому, что центр тяжести стержней и противовесов находится ниже точ­ки опоры, система устойчива при колебаниях в вертикальной пло­скости, проходящей через оси противовесов. Качество изготовле­ния и сборки проверяется уров­немером 8, небольшой стеклянной трубочкой, вмонтированной на ли­цевой поверхности верхнего диска.

С первого взгляда может пока­заться, что все эти диски, спи­раль, противовесы вряд ли смо­гут пояснить работу такой слож­ной физической установки, какой является циклотрон. Но не будем спешить с выводами. Маслакович нашел очень точные аналоги электрическому и магнитному по­лям. Электрическое поле, напри­мер, заменено силами гравита­ции, а магнитное — спиральными стенками трубки.

В опытах используется всего один шарик. Он заменяет нам невидимый глазу электрон. Поняв механизм ускорения одного шари­ка-электрона, наверное, легче бу­дет усвоить ускорение целого «коллектива» элементарных ча­стиц.

Начало ДВИЖЕНИЯ

Работает модель циклотрона так. Шарик находится внутри спи­рали у самой пробки. Для того чтобы он начал движение, его нужно приподнять в верхнюю часть наклонной плоскости. Де­лается это так. Левый противовес слегка приподнимается, а затем опускается. Система, словно маят­ник, начала колебаться в. одной плоскости. Шарик, оказавшись на горке, начинает скатываться вниз. Вот тут-то может возникнуть не­которое несоответствие, асинхронность между перемещением ша­рика внутри спирали и периодом колебания системы. Если разница незначительна, шарик успеет до­стичь нижней точки на противопо­ложной стороне спирали, прежде чем система успеет подняться вверх. Оказавшись вновь на верху наклонного желоба, шарик про­должит свой путь. Так, переме­щаясь от одной половинки спи­рали к другой, он приобретает ускорение и а конце своего пути на высокой скорости вылетает из открытого конца спирали. Точно так же ускоряются и элементар­ные частицы электрическим по­лем в циклотроне.

Чтобы периоды колебания спи­рали и перемещения шарика по­пали в резонанс, модель необхо­димо предварительно настроить. Сделать это можно двумя путями: уменьшите или увеличьте радиус спирали, передвиньте противове­сы ближе или дальше по стерж­ням. Запомните, что настройка — очень тонкая, кропотливая ра­бота.

А. ПЕТРОВА

Рисунок В. СЛАЩИЛИНА