Охотники за частицами
Шрифт:
Так случилось и с мезотронами. Уже много лет на снимках космических частиц, сделанных в камерах Вильсона, наблюдались следы, принадлежащие, как думали физики, каким-то сверхэнергичным электронам. Сильные магнитные поля, без труда сворачивающие с прямой дорожки даже очень быстрые электроны на эти сверхэнергичные частицы почти не действовали.
Тогда попробовали их замедлить, помещая на пути этих частиц в камере свинцовые перегородки. Почти никакого результата. Эти частицы проникали в толщу земли, их удавалось обнаружить даже в шахтных выработках под земной поверхностью. И от частиц другой группы они странным образом отличались тем, что не создавали никаких ливней в свинцовых пластинках. Помните гроздья следов, свисающие со свинцовых переборок камеры Вильсона? «Жесткая компонента» — так назвали их физики, чтобы подчеркнуть удивительную проникающую способность этих частиц.
Что ж, видимо, в самом деле в космических лучах существуют какие-то сверхэнергичные электроны, хотя трудно понять, где они набрали такую энергию.
Гипотеза Юкава одним ударом разрешила эти затруднения. Не сверхэнергичные электроны, а мезотроны с энергией, довольно заурядной для космических частиц! Неудивительно, что следы мезотронов можно было приписать электронам: ведь обе частицы отличаются только массами!
Только ли? — усомнились некоторые исследователи. А вид взаимодействия с ядрами? Электрон должен взаимодействовать с ядром сравнительно слабо: электрические силы в сотни тысяч раз слабее тех, что действуют в ядрах. Мезотрон же, напротив, должен взаимодействовать с ядрами энергичнейшим образом: он ведь их порождение!
Да? А почему этого никогда не видно на снимках? Почему, наконец, мезотроны так сильно проникают сквозь вещество? Если бы их взаимодействие с ядрами было сильным, они бы растеряли свою энергию в сотни и тысячи раз быстрее.
Полно, в самом ли деле это предсказанные Юкавой мезотроны?
Но сомневающиеся вынуждены умолкнуть один за другим. Тщательное изучение следов новых частиц в камерах Вильсона позволяет измерить их массу. Она оказывается по этим первым, еще не очень совершенным измерениям что-то примерно в двести раз больше массы электрона.
Итак, первое предсказание сбывается. Тем временем Юкава делает еще одно важное предсказание: мезотрон в свободном состоянии должен оказаться неустойчивым. Спустя ничтожное время — Юкава на основании расчета полагает, что речь может идти лишь о миллионных долях секунды, — мезотрон должен распасться на другие частицы.
Одной из этих частиц будет электрон.
Проходит несколько месяцев, и уже знакомые нам Андерсон и Неддермайер, получившие когда-то первый «настоящий» снимок родившегося позитрона, в той же камере Вильсона добывают замечательную фотографию «скончавшегося» мезотрона. Да, он в самом деле распадается!
Фотография распада мю-мезона. Сравнительно толстый мезонный след ломается в точке распада и превращается в электронный пунктир.
Бежал, бежал след мезотрона и вдруг сломался. А от места облома побежал другой, более тонкий след, явно принадлежащий уже электрону. Подсчитали, сколько мог жить мезотрон до своей кончины, если даже он прилетел от самой границы земной атмосферы. Оказалось — те же миллионные доли секунды.
Так сбылось и второе предсказание Юкавы: мезотрон, вне всякого сомнения!
Но сомнения не исчезли. Почему частица, как две капли воды похожая на ту, что предсказал Юкава, все же не выполняет самого важного его предсказания? Почему она взаимодействует с ядрами ничуть не сильнее, чем электрон?
Нет, это не тот мезотрон! Так вынуждены были признать в конце концов физики.
Этот мезотрон — подкидыш природы. Надо искать «настоящий» мезотрон.
На сей раз природа шла навстречу физикам куда менее охотно. Уже давно была разработана первая теория ядерных сил, в которой фигурировал «настоящий» мезотрон, уже давно на основе этой теории заработал атомный реактор и были созданы грозные атомные бомбы. А нужная частица все не появлялась в поле зрения физиков.
И снова, как не раз до этого, физикам пришлось уверовать в теорию, в буквальном смысле повисшую в воздухе. Пришлось уверовать, несмотря на отсутствие той частицы, которая легла в ее основу. Поверить лишь на основании одних косвенных доказательств правильности теории. Уж больно грозными были эти доказательства!
Частицу, которую с таким нетерпением ожидали физики, поймали англичанин Сесил Пауэлл и итальянец Джузеппе Оккиалини в 1947 году. Поймали там, где в сильно разреженных слоях воздуха физики условно проводили верхнюю границу атмосферы.
Находка была не совсем случайной. Война помешала охотникам за частицами. В годы, когда над рядом стран нависла смертельная опасность гитлеровского порабощения, физики покинули мирные занятия. Но сразу же после окончания войны была организована настоящая облава на космические лучи.
На шарах-зондах — тех, которыми столь широко пользуются метеорологи, — поднимались целые гроздья счетчиков Гейгера, большие стопы толстослойных фотоэмульсий. Затем физики получили в свое распоряжение еще более высотный транспорт — геофизические ракеты. С их помощью ученые смогли забрасывать свои приборы на сотни километров в космос.
Там, где плотность воздушного океана становилась совершенно неощутимой, происходило таинство рождения вторичных космических частиц. Там космические частицы колоссальных энергий, пришедшие к Земле из глубин мирового пространства, встречались впервые с ядрами атомов воздуха. Пути этих первичных частиц были усеяны развалинами ядер, вдребезги разбитыми при столкновениях. Там рождались вторичные космические частицы, которые потом достигали поверхности Земли и попадали в приборы ученых.
И эти события смерти ядер и рождения вторичных частиц исправно регистрировали фотопластинки. Ученые увидели на них десятки звезд. Нет, не тех, что светят нам из глубин Вселенной. Звездами они образно назвали следы на фотопластинках, чем-то напоминающие кляксы, с большой силой посаженные на бумагу.
Энергичный пи-мезон, влетев в ядро, разрушил его вдребезги. В фотоэмульсии это событие оставило «звезду». Один из пи-мезонов, покинувших разрушенное ядро, — его след идет вниз направо — в свою очередь столкнулся с другим ядром и образовал новую «звезду».
След первичной частицы вдруг исчезал в черном кружке, а из него во все стороны летели брызги других следов. Это космическая частица с огромной энергией ударила в ядро и не только полностью разрушила ядерное здание, но еще придала его кирпичикам вдогонку внушительные скорости.
И виртуальные мезотроны, запрятанные в недрах ядер, стали реальными. Так из взорванного дома летят не только кирпичи, но и куски скреплявшего их цемента. Пауэлл обнаружил, что эти куски, как и предсказывал в свое время Юкава, существовали в свободном состоянии недолго — еще в добрую сотню раз меньше, чем открытые до того «подкидыши». И, прекращая свое существование, распадаясь, они рождали эти самые «подкидыши».
Типичная фотография распада пи-мезона. Пришедший снизу пи-мезон родил мю-мезон, а тот рядом же, просуществовав миллионные доли секунды, родил электрон. Моментам распадов отвечают два ясно видимых излома следов.