Охотники за частицами
Шрифт:
Новую частицу, запрятанную в недрах атомного ядра, предполагается назвать мезотроном. По-гречески «мезос» означает «средний», и действительно, новая частица располагается по массе где-то посредине между протоном и электроном.
Теперь можно понаблюдать за игрой. Она уже гораздо более занятна, чем игра двух атомов водорода в их молекуле.
Вот протон бросил положительно заряженный мезотрон. Мяч в игре! Но смотрите не на мяч, ищите игрока. Он исчез!
Да, протон, бросив мяч, избавился с ним от своего заряда и превратился в нейтрон. На ничтожную долю секунды в стане протонов появился чужой игрок. Но проходит эта доля секунды, нейтрон хватает мяч и сам
А если вы учтете, что каждая пара игроков обменивается мячом, да еще подхватывает «чужие» мячи и посылает свои в «чужие» пары, словно это не серьезная игра, а легкая тренировка, то поймете, как трудно подслеповатой старой физике уследить за всем этим. Она уже готова не обращать внимания на игроков, ей, дай бог, хотя бы поймать взглядом мяч!
Но и этого ей не удается. Мяч находится в воздухе каждый раз действительно сверхничтожно малое время — чуть поболее триллион-триллионной доли секунды! Чтобы представить себе столь ничтожную величину, не помогут никакие сравнения! Старая физика вообще никогда не увидит ни одного мяча в ядре — в нем они все виртуальные.
Так, вероятно, выглядела бы «мгновенная фотография» команд частиц, играющих в волейбол в атомных ядрах. Впрочем, вы бы не отличили ее от фотографии, сделанной мгновение спустя: протоны превратились бы в нейтроны, а нейтроны — в протоны. Так как все игроки одной команды идеально похожи друг на друга, то никакую перестановку их заметить не удалось бы.
Физики же, исповедующие квантовую веру, пригляделись к ядерному волейболу и увидели там второй сорт мячей. Увидели так отчетливо, как если бы мячи одного сорта были выкрашены черной, а другого — белой краской!
Они увидели, что нейтроны не только принимают мячи от протонов, чтобы тут же вернуть их обратно, — но и что нейтроны сами испускают мячи, которые тут же забирают протоны. Этими мячами были такие же, но отрицательно заряженные мезотроны!
Нейтральный электрический нейтрон, бросив протону отрицательный мезотрон, становился протоном. Протон, приняв этот мезотрон, уничтожал свой электрический заряд и превращался в нейтрон.
Так веки вечные играют в мяч частицы в ядре, не имея сил разойтись в разные стороны. Играют неутомимо, с фантастической скоростью швыряя мячи друг другу и превращаясь при этом друг в друга.
Какую голову надо было иметь, чтобы в ней могло родиться подобное представление! И какую скромность: «так как частица с такой большой массой никогда не наблюдалась, вышеизложенная теория, кажется, находится на ложном пути». Этими словами заключил Юкава свое сообщение. Теперь слово за экспериментаторами. Они ставят себе задание: искать мезотроны.
Теоретики вручают экспериментаторам словесный портрет разыскиваемой частицы. Масса раз в двести — триста больше, чем у электрона. Заряд либо положительный, либо отрицательный. Предполагаемое местожительство — атомные ядра. А посему при встрече с ядром взаимодействие частицы и ядра должно быть сильнейшим.
Понятно, однако, что если эта частица выполняет в ядре столь важную и столь скрытную работу, то в обычной обстановке она предпочитает не показываться на глаза ученым. В ядрах
Сколько раз в истории изучения частиц бывало, что они наблюдались уже не один год, а экспериментаторы проходили мимо них. Так продолжалось до тех пор, пока теоретики не обращали внимание исследователей на то, что в толпу известных частиц могли затесаться и частицы еще неизвестные. Теоретики, более того, давали портреты этих частиц, после чего их поимка становилась делом хотя и трудным, но уже более целенаправленным.
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!