Ученые из Пекина оседлали «звездный ветер»

Что общего между породистым скакуном и авиационным двигателем? Кто помог очистить небо над Пекином, избавив столицу от смога? Как искусственный интеллект изменит наш образ жизни? Ответы на эти и многие другие вопросы были найдены на новогоднем мероприятии, организованном Пекинской ассоциацией науки и технологий (BAST).

Ассоциация уже несколько лет подряд проводит мероприятие в канун Нового года: открытия и смелые изобретения презентуют в ярком формате, который больше похож на шоу. Таким образом науку, которая всегда казалось скучной и малопонятной, делают привлекательной для массовой публики. Ведь очевидно, что именно наука меняет жизнь китайцев.

Электроны раскроют китайцам тайны тонкого мира

Профессор Пан Вэйминь в беседе с изданием Global Times пообещал, что уже до конца 2024 г. в Китае запустят первую в истории установку высокоэнергетического синхротронного излучения. Она будет базироваться в наукограде Хуайроу близ Пекина. После завершения строительства установка станет одним из самых мощных источников синхротронного излучения в мире.

Казалось бы, что от этого обывателю? Какая-то физика высоких материй, которая имеет мало общего с реальной жизнью…

На самом деле новый прибор позволит изучать внутренние микроскопические структуры вещества в нескольких измерениях. Не правда ли, намного заманчивее, чем просто изобретение более миниатюрного телефона или более мощной фотокамеры?

Китайская установка спроектирована таким образом, чтобы излучать рентгеновские лучи, которые в триллион раз ярче солнечных. С высоты птичьего полета HEPS состоит из трех основных зданий, общая форма которых напоминает увеличительное стекло, символизирующее «инструмент для исследования тонкого мира», говорит профессор Пан.

Установка в Хуайроу строится под Пекином с 2019 года. Сейчас таких высокоэнергетических установок в мире уже несколько десятков, но в Китае их четыре: в Пекине, Шанхае и Хэфее. Например, шанхайскую установку начали строить еще в 2004-м, а завершили в 2009 году.

Однако с тех пор китайские ученые, естественно, не остановились на достигнутом: добавляли все новые лаборатории, которые позволяют изучать структуру вещества на разных уровнях. Есть здесь и лаборатория для биомедицинских исследований.

Сейчас Шанхайская световая установка четвертая по мощности в мире (после расположенных в Японии, США и Швейцарии). Однако когда будет введена в строй установка в Хуйароу, она затмит все. Причем пекинский научный центр станет международным: здесь смогут проводить исследования ученые со всего мира.

Двери в новые миры распахнет «звездный ветер»

Позволить себе построить синхротронные излучатели могут только самые богатые и технологически развитые державы. Например, в России сейчас действует всего 4 такие установки (в Новосибирске и наукоградах в Московской области). Долгое время лидером в этом направлении исследований считались Япония и США, однако теперь китайцы вырвались вперед в необъявленной гонке.

Синхротронное излучение было открыто еще в 1947 г., однако очень долгое время его не удавалось обуздать. Ученые лишь обнаруживали его в самых неожиданных местах: например, когда частицы вьются вокруг черной дыры, как в фильме «Интерстеллар». Испускает такое излучение и множество космических объектов (это поэтически названо «звездным ветром»): если научиться его улавливать и изучать, то может многое узнать об эволюции и составе межзвездных миров.

А когда, например, взрывается сверхновая звезда, то она испускает синхротронное излучение, которое бежит быстрее скорости света. Из школьного курса физики мы помним, что такое вроде бы невозможно. Однако самые современные открытия в астрофизике доказали, что скорость света — вовсе не непреодолимая величина. А значит, изучая синхротронное излучение, ученые могут в перспективе понять, как можно двигаться быстрее света.

На Земле синхротронное излучение обнаружили в ускорителях заряженных частиц: когда они разгоняются почти до скорости света, то начинают испускать такое «свечение».

Точность установки — меньше толщины человеческого волоса

Более мощный источник излучения, разумеется, потребовал и более передовых технологий. Пекинская установка состоит из комплекса ускорителей электронов и «накопительного кольца» (это самая дорогая часть проекта).

Кольцо имеет окружность около 1,5 километров и содержит более 1700 высокоточных магнитов. По словам профессора Пана, все магниты были выровнены в пределах 50 микрометров, что тоньше человеческого волоса.

В проектировании установки участвовали более полутысячи исследователей из самых разных отраслей: специалисты по магнитным полям, вакууму, источникам питания, а также рентгеновской оптике.

«Мы вступили в золотой век науки. Участие в строительстве такого крупномасштабного научного объекта — это не только честь, но и возможность тренироваться, совершенствоваться и проявить себя, особенно для молодых исследователей», — говорит профессор Пан.