Эйнштейна проверили алюминием

Британские газеты вновь полны сенсаций в отношении ученых. Теперь они пишут о том, насколько был прав Альберт Эйнштейн 100 лет назад, говоря, что время – понятие относительное: чем выше вы живете над уровнем моря, тем быстрее для вас проходит жизнь.

Теория относительности утверждает, что для неподвижных наблюдателей процессы у движущихся объектов замедляются. Известной иллюстрацией этого является мысленный эксперимент «парадокс близнецов». Предположим, что где-то на Земле живут два брата-близнеца. Один из них (путешественник) отправляется в космический полёт, второй (домосед) остаётся на Земле. С точки зрения домоседа часы движущегося путешественника имеют замедленный ход времени, поэтому при возвращении они должны отстать от часов домоседа. С другой стороны, относительно путешественника двигалась Земля, поэтому отстать должны часы домоседа. На самом деле братья равноправны – следовательно, после возвращения их часы должны показывать одно время. Тем не менее, согласно теории относительности, отставшими окажутся часы путешественника.

С другой стороны, существует влияние гравитационного поля на ход часов, которое подтверждалось и многими экспериментами.

Например, в ходе некоторых одни часы помещали на вершине горы, а другие у ее подножия, и за некоторое время «набегала» разница во времени. Или же в ходе эксперимента по проверке «парадокса близнецов» оказывается: если у нас есть синхронизированные часы, одни из которых остаются на Земле, а другие помещены на борту самолета, то окажется, что на борту прошло больше времени, чем на Земле.

И это не противоречит классическому «парадоксу близнецов», поскольку тот не учитывает влияние неоднородного гравитационного поля, которое, разумеется, есть на нашей планете.

Поводом же для сенсации в исполнении британских газет стала опубликованная в новом номере Science статья физиков из Национального института стандартов и технологий (город Боулдер, США).

В ней авторы рассказали об успешных попытках зафиксировать разницу хода времени, обусловленную перепадом высоты величиной всего в один фут (то есть 33 см)!

Такой точности ученые добились, используя самые точные в мире часы, которые используют переходы иона алюминия с одного энергетического уровня на другой. Основанные на этом процессе часы дают погрешность не более 1 секунды за срок порядка 3,7 миллиарда лет, а это сравнимо с возрастом нашей планеты. Таким образом, «алюминиевые» часы являются более точными, чем предусмотрено современным стандартом измерения времени, основанном на распаде атома цезия.

В ходе экспериментов часы находились на расстоянии 75 метров друг от друга и были связаны оптоволоконным кабелем.

В одной серии экспериментов часы находились на высотах, отличающихся друг от друга на один фут, и более «высокие» часы шли быстрее. В другой серии экспериментов на ион алюминия оказывалось воздействие, эквивалентное его движению со скоростью порядка нескольких метров в секунду. Разница во времени между часами была зафиксирована в полном соответствии с «парадоксом близнецов».

Как нетрудно понять, разница, обусловленная перепадом высоты в 1 фут, слишком мала, чтобы человек воспринимал ее всерьез: за 79 лет она составит 90 миллиардных долей секунды.

Ученые полагают, что их часы могут использоваться в геофизике, геодезии, для измерения Земли и ее гравитационного поля, гидрологии и для космических экспериментов по проверке фундаментальных теорий физики. К тому же ученые надеются повысить точность своих часов еще в 10 раз.

ILC-3: линейный коллайдер в Дубне

Международная проектная группа, статус и размещение коллайдера

Ускоритель ILC является международным проектом. В 2005 индивидуальные группы, разрабатывавшие различные варианты линейного коллайдера, объединились в Международную проектную группу (МПГ), с тем чтобы сконцентрировать усилия на проекте сверхпроводящего коллайдера ILC. Эта группа включает в себя ученых и специалистов из ведущих исследовательских центров и проектных организаций Америки, Азии, Европы, включая многие российские институты, в том числе ОИЯИ в Дубне, НИИЭФА им. Д. В. Ефремова, ИЯФ им. Г. И. Будкера, Московский Университет им. М. В. Ломоносова, и насчитывает более тысячи человек.
МПГ выработала и в 2007 году опубликовала трехтомный отчет о проекте ILC, включая оценку его стоимости, и сейчас продолжает работу над техническим проектированием, созданием прототипов систем, индустриализацией производства сверхпроводящих ускорительных модулей, а также исследованием размещения коллайдера в нескольких выбранных местах, пригодных для работы коллайдера с точки зрения геологических условий.

До недавнего времени МПГ рассматривались следующие места для строительства ILC: вблизи Лаборатории им. Э. Ферми (США), в Японии (где рассматриваются несколько мест в разных частях страны) и вблизи CERN (Швейцария, Франция).

Во всех этих случаях из-за геологии местности тоннель ILC должен располагаться на значительной глубине – около 100 метров. Различия этих вариантов также кроются в геологии: например, туннель вблизи Фермилаба может быть проложен в пласте прочного доломита и потребует минимальной отделки, тогда как туннель вблизи CERN, построенный в слоях молассы, нуждается во внутренней бетонной отделке. В Японии, в связи с гористостью рельефа, расположение ILC будет отличаться тем, что некоторые из шахт, ведущих в туннель, придется делать горизонтальными, из склона горы, или с небольшим наклоном вместо стандартного вертикального расположения.

Около двух лет назад к числу возможных мест для строительства ILC добавилось место вблизи Дубны, предложенное и проработанное ОИЯИ (Дубна, Россия). Местоположение в Дубне отличается, в частности, удачной геологией, дающей возможность расположения ILC на малой глубине, что даст дополнительные преимущества. Вариант расположения в Дубне, представляющий особый интерес для российских читателей, будет детально обсужден ниже.

Техническое проектирование, осуществляемое МПГ, планируется завершить к концу 2012 – началу 2013 года, после чего будет подготовлен детальный проект, включающий анализ вариантов конструкции для каждого конкретного местоположения. Возможно, к этому времени появятся первые результаты работы LHC, указывающие на конкретные процессы и диапазоны энергии, которые должны быть исследованы на ILC.

С большой вероятностью в этот момент начнется активное формирование коллаборации для строительства ILC, соревнование за его размещение на своей территории и выбор конкретного месте для ILC.

В заключение этой главы упомянем также о ведущихся исследованиях в отношении принципиальной возможности создания линейного коллайдера с гораздо большей энергией (до 3 ТэВ) – CLIC, а также о возможности создания мюонного коллайдера, сталкивающего тяжелые и нестабильные аналоги электронов – мюоны. Эти проекты могут помочь, в случае если LHC укажет, что для исследования новых частиц необходимы гораздо большие энергии.