なぜ物理学者はフェレットを粒子加速器に入れようとしたのか

1971 年 2 月、イリノイ州バタビアの国立加速器研究所の物理学者は、世界最大の機械であるリング型の 2,000 億電子ボルト (BeV*) 陽子シンクロトロン粒子加速器のテストを開始しました。 賭け金は高かった。 NAL 所長のボブ・ウィルソンは米国エネルギー省に対し、2 億 5,000 万ドルを支払えば 5 年以内に稼働させることができると語っていたが、実際には 4 年もかかっていた。すぐに彼らは厄介な問題に直面した。その稼働に不可欠な磁石が故障し続けていたのだ。

このハイテクなトラブルに対して提案されたローテクな解決策は何でしょうか? フェリシアという名のフェレット。

まず最初に、背景について少し説明します。 NAL (物理学者エンリコ フェルミの名をとって、現在はフェルミラボとして知られています) には、線形加速器 (リニアック)、ブースター、リサイクルリング、メインインジェクターリングという一連の加速器があります。 リニアックは陽子線とエネルギーの初期衝撃を提供します。 ブースターはそれを加速します。 リサイクル業者はそれを陽子のグループに「バッチ化」して、より強力なビームを生成します。 そしてメインインジェクターリングはビームを光速に近い速度まで何万回も高速で送ります。 その後、粒子はさまざまな試験施設に送られ、そこで一緒に粉砕されるか、固定された標的に向かって粉砕されます。 結果として生じる衝突は、粒子検出器によって観察され、その内部を明らかにし、時にはエキゾチックな粒子を生成します。 これらは宇宙の最も基本的な要素です。

1971 年当時、デザインは少し異なっていました。 まず、インジェクターとリサイクルリングが存在しませんでした。 実現したのは、メインリングと呼ばれる周囲4マイルの加速器だった。 双極子磁石を設計した物理学者の山田隆司氏は、「粒子ビームを導く774個の双極子磁石と、ビームを集束させる240個の四重極磁石」と回想するように、加速器にビームを導く磁石が装備されていた。

これらは冷蔵庫のマグネットではありません。それぞれの長さは 20 フィート、重さは約 13 トンです。 最初は、コイルの周りのガラス繊維絶縁体が壊れて、2 つの磁石だけが故障しました。 それがすぐに1日2件になりました。 その後数か月にわたって、チームは 350 個の磁石を交換しました。

しかし、1971 年 6 月 30 日、彼らは初めてリングの全周に粒子ビームを送信することに成功しました。 8月までに約1万回送信された。 しかし、粒子を7 BeV以上に加速しようとすると、磁石がショートしてしまいました。

山田さんはついにその原因が、真空管を切り込んだ際に残った金属片であることに気づきました。 「だから、磁石がより高い磁場に励起されると、磁石は磁石のギャップ内に引き込まれ、立ち上がってビームを止めた。なぜなら、磁石はわずかに磁性を持った物質だったからである。」と彼は書いた。

彼らはその破片を取り出さなければならなかった。 しかし、どうやって？

「近道とお金を節約するアイデア」を見つけるためにNALに連れてこられたイギリス人技術者のロバート・シェルドンは、掃除道具を装備したフェレットがウサギを洗い流すかのように真空管の中を走り回ればその仕事ができるのではないかと示唆した。ウォーレンの。 「ヨークシャーの彼の地域では、狩猟者はフェレットを使用していた」とフェルミ研究所の元研究サービス責任者フランク・ベック氏は書いている。 「フェレットは、たとえそれが未知への長い旅を伴うものであっても、ステンレス鋼の管の内側を駆け下りることを躊躇しません。」

このフェレットは、ミネソタ州ゲイロードにある野生動物および毛皮農場から特別配達で到着しました。 体長15インチの彼女は、彼らが飼っていたフェレットの中で最も小さいものでした。 彼女の毛皮は、顔の白い斑点を除いて、茶色と黒でした。 彼らは彼女をフェリシアと呼びました。 彼女の値段は 35 ドルでした。

彼らはフェリシアの首に特注の首輪を付け、お尻の周りにおむつを付けました。 チューブ内のフェレットの糞も陽子を止めるでしょう。 彼らは首輪に紐をつけました。 フェリシアは紐を管の一方の端からもう一方の端まで持っていくことになっていました。 次に、洗剤を浸した綿棒を紐に取り付けて、引っ張ります。

しかしフェリシアはメインリングの真空管に入ることを拒否した。 おそらく彼女は、周囲 4 マイルもある狭くて光のない黒い輪に怯えていたのでしょう。

反抗的なフェレットに直面した科学者たちは、彼女をまだ建設中の実験施設である中間子研究所の幅 12 インチのチューブのセクションに再割り当てしました。 「彼女は、中間子研究所のチューブを作るために結合される300フィートのセクションの1つに挑戦する準備ができるまで、徐々に長くなるトンネルを駆け抜けるように教えられた」とタイム氏は指摘した。

ベックさんによると、最初のランニングの後、彼女は「少し疲れていて当惑しているように見えたが、それ以外は非常に健康だった」という。 彼女は糸を最後まで引っ張っていました。 計画通り、作業員は綿棒をチューブに通した。 それは埃と鋼の斑点に覆われて出てきました。

メディアはすぐに彼女の逃走を知りました。 彼女が7回成功した後、タイムは彼女にご褒美としてマテを与えるべきかどうか迷った。 匿名の関係者は「フェリシアが妊娠したら、管を通過できなくなるかもしれない」と答えた。

フェルミ研究所のアーキビスト兼歴史家であるヴァレリー・ヒギンズ氏は、フェリシアさんは走行中に危険にさらされなかった可能性が高いと語る。 「彼女が走った区間はまだ建設中だったので、その段階では電力は供給されていないと思います」と彼女は言う。 「立ち往生や窒息に関して言えば、フェレットがトンネルを探索するという本能に頼っていただけだと思います。ですから、フェレットが自分にとって小さすぎるトンネルを下ることはなかったと思います。」

NAL スタッフはフェリシアを溺愛し、鶏肉、レバー、魚の頭、そして彼女の大好物である生のハンバーガーを与えました。 従業員の中には、フェリシアさんがいつも寝泊まりしていたミンク農場に彼女を泊めるスペースがなかったとき、フェリシアさんを自宅に連れて行った人もいた。

一方、エンジニアのハンス・カウツキーは、メインリングの破片に対処するために「磁気フェレット」を作成しました。 彼は、12 枚のマイラー ディスクをステンレス鋼の棒に取り付け、さらに、フェリシアの紐に相当する 700 メートルの柔軟なステンレス鋼ケーブルと、クリーニング綿棒に相当する金属を引き付ける永久磁石を取り付けました。 彼は圧縮空気を使ってメインリングの一部に装置を撃ち込んだ。 「12回の手術で、リング全体を一周することができた」と山田氏は書いた。 「この方法で、完全ではありませんが、真空パイプ全体を掃除することができました。」

しかし、その後数か月間、チームはシステムをショートさせることなくエネルギーレベルを着実に上げ、1972 年 3 月 1 日には加速器を作動させて目標エネルギー 200 BeV に到達したため、これは十分にうまくいきました。

メイソンラボのチューブを十数回通過させた後（結合すると長すぎて快適ではなくなりました）、フェリシアはセミリタイア生活に入り、ほとんどの時間をミンク農場でペットとして過ごしました。 翌年の春のある夜、彼女は NAL 職員チャールズ・クロースの家にいましたが、病気になりました。 翌日、クロースさんは彼女を獣医に連れて行きました。 医師の治療を受け、彼女は一時的に回復したが、数日以内に 1972 年 5 月 9 日に死亡した。剖検により、腸管に膿瘍が破裂していることが判明した。 ヴィレッジ・クライアー紙は、「フェリシアの遺体は剥製にされ、初期のNAL開発の象徴として永久展示される予定だ」と述べた。

しかし、フェリシアが剥製だったとしても、その記録は残っていない。 ヒギンズさんは、「そんなことが起こったという証拠は一度も見つかっていないし、そんなことがあったことを誰も覚えていない」と語る。ヒギンズさんは、フェリシアと一緒に働いていた人や、フェリシアの死後の運命について詳しい情報を持っているかもしれない人々を追跡しようとした。 彼女には運がなかった。 それ以来多くの人が亡くなった。

フェルミ研究所に関連する歴史的遺物のほとんどは、ヒギンズが管理する保管スペースに保管されています。 彼女がどこか奥の棚の奥に隠れている可能性はありますか？

「その可能性は非常に低いように思えます」とヒギンズ氏は言う。 「それを見つけられたら嬉しいですが、現時点では誰も入っていないコーナーはそれほど多くありません。」

現在、フェルミ研究所は 17 ある国立研究所の 1 つであり、複数の粒子加速器を備えています。 宇宙の標準模型にある既知の 13 個の素粒子 (クォーク 6 個、レプトン 6 個、ヒッグス粒子) のうち、3 個がそこで発見されています。ボトム クォークは 1977 年、トップ クォークは 1995 年、タウ ニュートリノは 2000 年です。 。

フェルミ研究所の広報担当者、アンドレ・サレス氏によると、加速器施設はメンテナンスのため計画的に停止される数期間を除き、一年中24時間稼働しているという。 その後、チューブを洗浄することができます。 短いセクションの場合、アクセル操作者は布を長い棒に取り付けて通過させます。 長いトンネルの場合、彼らはフェリシアが有名にした方法を使用する。「彼らは通常、ある種の紐を使用します」とサレス氏は言い、「綿棒を引っ張るだけです」と言う。

* 更新: 現在、この単位には GeV (ギガ電子ボルト) がよく使用されています。