Прощание с ускорителем частиц, детищем моего отца.

На прошлой неделе специалисты Аргоннской национальной лаборатории начали разбирать ускоритель частиц, известный как Усовершенствованный источник фотонов (APS), кольцо диаметром 1,1 километра вокруг которого с 1995 года сияет как один из самых ярких в мире источников рентгеновского излучения. Это вряд ли конец для учреждения, которое ежегодно обслуживает около 6000 ученых из множества областей. В течение года рабочие заменят ускоритель электронов на новый, который увеличит интенсивность выходных рентгеновских лучей АПС в 500 раз. Будет обновлен крупный научный центр. В этом нет ничего необычного.

Однако лично у меня демонтаж оригинального АПС вызывает сильные эмоции. Мой отец, Янлай Чо, был физиком-ускорителем и всю свою карьеру провел в Аргонне, лаборатории Министерства энергетики (DOE) под Чикаго. Сорок лет назад он возглавлял небольшую команду, которая разработала концептуальный проект машины. На мой взгляд, это был его ребенок. Когда папа умер в 2015 году в возрасте 82 лет — через 4 года после разрушительного инсульта — я утешался мыслью, что он продолжал жить в этом ускорителе. Теперь и этого не будет.

Я был подростком, когда в начале 1980-х мой отец задумался об ускорителе. Я его очень любил, но, как и у многих людей, с отцом у меня были сложные отношения. Он мог быть тираническим и требовательным, эгоцентричным и отстраненным. «Меня не волнует, что ты делаешь, лишь бы ты был в этом лучшим», — говорил он мне или одному из двух моих братьев, а затем оставлял нас барахтаться в одиночестве. В то время АПС был загадочной вещью, которая занимала его время и разум.

Я последовал за своим отцом в физику и в конечном итоге получил докторскую степень. Однако мой путь привел меня в научную журналистику. За последние 20 лет я писал о многих крупных научных установках — от ускорителей атомов и детекторов гравитационных волн до рентгеновских лазеров и источников нейтронов. Я никогда ничего не создавал, но я узнал кое-что о том, что нужно для создания этих зачастую поразительных машин. И это помогло мне лучше понять моего отца.

«Он был превосходным и дальновидным физиком-ускорителем, и он преобразовал множество больших машин в Аргонне и других местах», — говорит один из бывших сотрудников Министерства энергетики, который до сих пор консультирует агентство и поэтому попросил не называть его имени. «Он также был замечательным коллегой и учителем». Столь много раз сталкиваясь с отцом, я поражаюсь этой последней оценке. Тем не менее, думая о его работе, я начал понимать, как южнокорейский иммигрант с сильным акцентом и вспыльчивым характером может преуспеть в необычной и требовательной области.

Как и другие 70 рентгеновских синхротронов по всему миру, APS превращает то, что было неприятностью, в мощный ресурс для изучения материалов. Он ускоряет электроны внутри длинной вакуумной трубки до высокой энергии и скорости, близкой к световой, в то время как магниты направляют их по кольцу. Циркулирующий электронный луч излучает рентгеновские лучи, точно так же, как мокрая тряпка, вертящаяся над головой, выбрасывает капли воды. Это синхротронное излучение истощает энергию электронов, поэтому, когда ускорители строились только для экспериментов по физике элементарных частиц, это была неизбежная трата.

В 1960-х годах ученые начали перекачивать рентгеновское излучение из электронных ускорителей для изучения материалов, скажем, измеряя их спектры поглощения. Первые крупные специализированные источники появились в следующем десятилетии. APS возглавил волну более крупных источников третьего поколения с более высокой энергией, наряду с Европейской установкой синхротронного излучения (ESRF) в Гренобле, Франция, и установкой SPring-8 в Хёго, Япония. По сравнению с предыдущими источниками, аргоннская машина производила более компактные электронные пучки, которые генерировали гораздо более интенсивное рентгеновское излучение. Это также привело к использованию режима жесткого рентгеновского излучения с длиной волны менее 0,1 нанометра, которое идеально подходит для исследования структуры материала на атомном уровне. Он пополнял свои электроны не каждые 12 часов, а каждые 30 секунд, поддерживая постоянную интенсивность рентгеновских лучей.