Альманах «ЭВРИКА»
Часть 5
ПРАВОЕ И ЛЕВОЕ В МИРЕ АТОМОВ
НА ПОДСТУПАХ К АБСОЛЮТНОМУ НУЛЮ
На
протяжении многих лет исследователи ведут наступление на абсолютный нуль
температуры. Как известно, температура, равная абсолютному нулю,
характеризует основное состояние системы многих частиц — состояние с наименьшей
возможной энергией, при которой атомы и молекулы совершают так называемые
«нулевые» колебания. Таким образом, глубокое охлаждение, близкое к
абсолютному нулю (считается, что сам абсолютный нуль на практике недостижим),
открывает неограниченные возможности для изучения свойств вещества.
До
начала 60-х годов нашего столетия возможность получать сверхнизкие
температуры имели лишь несколько научных лабораторий во всем мире. Причем
методы получения таких температур были разовыми, а мощность охлаждения очень
малой. В 1962 году английские физики выдвинули новый оригинальный метод
достижения сверхнизких температур — путем непрерывного растворения жидкого
гели я-3 в гелии-4. Жидкий гелий в качестве «рабочего вещества» был выбран не
случайно. Эта специфическая жидкость единственная из всех веществ не
затвердевает при охлаждении вплоть до абсолютного нуля.
В то
время в Лаборатории ядерных проблем в Дубне велись работы по созданию
магнитной холодильной установки. Но, поскольку метод, предложенный
англичанами, представлялся гораздо более перспективным, эти работы были
прекращены и начались эксперименты по реализации нового метода. Его удалось
осуществить в 1965 году.
Упрощенно
принцип действия установки, созданной в Дубне, можно представить следующим
образом. Две ванны (нижняя — ванна растворения и верхняя — ванна испарения)
соединены между собой противоточным теплообменником. Ванна растворения
заполнена жидким гелием-3, теплообменник и часть верхней ванны — слабым
раствором гелия-3 в гелии-4. Легкий изотоп гелия-3, растворяясь в
«нормальном» изотопе гелия-4, под действием существующего в теплообменнике
небольшого перепада давления диффундирует в ванну испарения. При этом система
охлаждается. Гелий-3 затем извлекается из смеси и вновь растворяется в
гелии-4, то есть в установке непрерывно циркулирует одно и то же количество
гелия.
Уже
первый вариант установки, созданной под руководством Б. Неганова в Дубне,
позволил впервые в мире получить 0,055 градуса по Кельвину — рекордно низкую
температуру. Осуществление на практике нового метода стало подлинно
революционным шагом в физике и технике сверхнизких темпе-оатур.
Установки,
подобные созданной в Дубне, могут работать в нужном режиме практически
бесконечно долго. Тем самым был устранен разовый характер прежних методов
получения сверхнизких температур. Мощность охлаждения увеличилась на
несколько порядков, а значит, стало возможным проведение экспериментов,
считавшихся ранее недоступными. Открылись широкие перспективы для
использования установок охлаждения необходимой мощности во многих
лабораториях мира. Ведь такие установки могут изготавливаться промышленным
способом и настолько просты в обращении, что работать на них могут и
неспециалисты в области сверхнизких температур, в частности физики самых разных
специальностей. Таким образом, ученые получили в свое распоряжение мощнейший
инструмент исследования свойств вещества при сверхнизких температурах.
В
настоящее время в секторе сверхнизких температур Лаборатории ядерных проблем
ОИЯИ под руководством Б. Неганова продолжается напряженный поиск,
направленный на совершенствование метода растворения гелия-3 в гелии-4 и
расширение его применения в физических исследованиях. Мощность установок,
созданных в секторе, возросла примерно в сто раз, а предельно достижимая с их
помощью температура отделена от абсолютного нуля лишь несколькими тысячными
долями градуса. Высокий авторитет завоевали установки охлаждения у физиков,
работающих на разных направлениях научных исследований, ведущихся в
Объединенном институте.
Так,
применение методики позволило создать в ОИЯИ физические приборы нового типа —
«замороженные» поляризованные мишени, открывшие широкие возможности для
проведения разнообразных экспериментов в области высоких энергий.
Интернациональным коллективом сектора сверхнизких температур под руководством
Б. Неганова создана и экспериментальная криогенная установка для научной
программы, в рамках которой исследуются закономерности распада ориентированных короткоживущих
радиоактивных ядер.
|