Охотники за частицами
Шрифт:
Группа мезонов пополнилась «лихой» тройкой ка-мезонов: положительного (+), отрицательного (–) и нейтрального (0). Мы не ради красного словца так окрестили эту тройку. С ней физикам в ближайшие годы предстояло хлебнуть немало лиха. Кстати, 0– мезон — это та самая V0– частица, которую открыли Батлер и Рочестер.
К частицам тяжелее протона (их назвали гиперонами), кроме ламбды, добавились еще две сигмы (+ и –)
Да, такой богатый улов не мог не порадовать экспериментаторов. Но — семь частиц на сотни тысяч просмотренных снимков! Это все равно, что миллиграмм радия на тысячи тонн переработанной руды. В конце концов открытие искусственной радиоактивности избавило человечество от каторжного труда по добыче радия.
Может быть, теперь ученые найдут способ извлекать новые частицы каким-то другим путем, — не выуживая их поодиночке из многих миллионов космических частиц? «Земные» физики сочувственно отнеслись к горячей просьбе физиков «космических».
Мы уже познакомились с первыми плодами этого сочувствия — ускорителями заряженных частиц. Генератор Ван-де-Граафа, генератор Кокрофта и Уолтона…
Но эти машины все же не решали проблему, вставшую перед физиками пятидесятых годов. Они разгоняли частицы-снаряды до миллиона, много — до десятка миллионов электрон-вольт. Что же, из ядер вылетали нейтроны, иногда протоны — и ничего больше. Ядра словно откалывались с краев, летели осколки-кирпичики. Но в целом ядерные здания оставались неповрежденными.
Да, нужны были более высокие энергии. В сотни раз более высокие! В этом физиков убеждали довольно простые соображения. Вспомним, как рождаются фотоны. Для этого электронам в атоме тем или иным способом сообщалась энергия, они прыгали на удаленные от ядра орбиты. И, возвращаясь назад, рождали фотоны. Именно фотоны, а не что-нибудь другое: электроны с атомными ядрами связывает электромагнитное поле. И кванты энергии этого поля есть фотоны.
Отныне предстояло такую же операцию провести на ядре. Но извлечь из него нужно было уже не фотоны, а «кванты», отвечающие ядерному полю, — пи-мезоны. Виртуальные мячи для ядерного волейбола должны были стать реально существующими в свободном виде. Тренер, чтобы отобрать мячи у заигравшихся команд и вынести их за пределы площадки, должен был бы, однако, обладать недюжинной силой.
Достаточно вспомнить спор поклонника теории Дирака и ее противника, который мы привели в главе о позитроне. Чтобы виртуальный позитрон стал совершенно реальным и наблюдаемым с помощью приборов, потребовалась энергия, более чем вдвое превышающая его энергию покоя, — около миллиона электрон-вольт.
Сколько же потребуется теперь для пи-мезонов? А во сколько раз пи-мезон массивнее позитрона? В 274 раза? Значит, во столько же раз больше и энергия. Ого, почти триста миллионов электрон-вольт.
«Это для нас столь же недосягаемо, как полет на Луну, — сказали бы физики довоенного времени. — Нечего и надеяться достичь таких энергий в ближайшие десятилетия!»
Жизнь, как водится, опрокинула эти и многие другие, даже менее осторожные прогнозы. Получение
Благодаря, если так можно выразиться, денежной идее.
Можно напечатать денег столько, что их хватит для расчетов на десять лет вперед. А деньги, уплаченные за товар, погашать и выбрасывать. Можно поступить и экономнее: напечатать денег во много раз меньше, но уплаченные за товар деньги не выбрасывать, а снова пускать в оборот. Понятно, чем быстрее они оборачиваются и приходят обратно, тем меньше денежных знаков надо печатать.
Этот остроумный принцип и привлек физиков. В самом деле, генератор Ван-де-Граафа, например, выпускает «деньги» самым неэкономным способом: он всю энергию сразу целиком отдает частице. Ему приходится сразу печатать уйму «денег» — иными словами, получать очень высокое напряжение, которое он все израсходует за один раз.
Почему бы не поступить экономнее: вместо того чтобы один раз разогнать частицу огромным напряжением, разгонять ее много раз небольшими «кусочками» этого напряжения? Идея «денежного обращения» оказалась необычайно плодотворной. Сегодня ее используют почти во всех ускорителях заряженных частиц.
В 1938 году швейцарский физик Видероэ построил по этому принципу первый в мире линейный ускоритель. Он отличался от ускорителя Ван-де-Граафа не только сравнительно небольшим напряжением. Труба, в которой Видероэ ускорял частицы, была в десятки раз длиннее, чем у его предшественника.
Оно и понятно. Чтобы приложить напряжение «зараз», особо длинной трубы не требуется. Достаточно лишь, чтобы между электродами, на которые подано высокое напряжение, было такое расстояние, чтобы не происходило пробоя. Для миллиона вольт требовалось несколько метров.
Видероэ разместил вдоль трубы много электродов. Пролетела частица, например протон, через пару электродов, — словно получила шлепок по спине. Шлепок по сравнению с ван-де-граафовым просто нежный. Но таких шлепков он испытает не один, а много.
И с каждым шлепком наращивает протон свою скорость, все быстрее проносится мимо очередной пары электродов. И чем дальше, тем более длинной приходится делать такую пару, чтобы она успела за время пролета мимо нее как следует шлепнуть протон.
Линейный ускоритель. В длинной трубе установлены электроды, дающие «шлепки» частице, когда та пролетает мимо них. Сегодня частицы на таких ускорителях набирают солидную энергию до 2 миллиардов электрон-вольт.
И машина заработала. Ее потомков ожидало большое будущее, но совсем не то, на которое рассчитывали физики. В 1938 году уже победил другой принцип постройки ускорительных машин. Потребовалось экономить не только на напряжении, но и на размерах машины. Ускоритель Видероэ, если его рассчитать на энергию в миллиард электрон-вольт, должен был бы иметь совершенно гладкую и прямую трубу длиною чуть ли не в километр!