Охотники за частицами
Шрифт:
Вот откуда на Землю лился обильный поток жестких, почти не реагирующих с ядрами мезотронов! Эти мезотроны были даже не вторичными, а третичными частицами. Но это стало ясным лишь тогда, когда физики смогли подняться в верхние слои атмосферы с тем, чтобы разгадать тайну рождения мезотронов.
Новый «настоящий» мезотрон оказался почти в 270 раз тяжелее электрона. Прожив после своего освобождения из ядра лишь стомиллионные доли секунды, он умирал, рождая «подкидыш»-мезотрон, который жил уже в сто раз дольше и за это время успевал долететь до Земли. Масса его по уточненным подсчетам оказалась равной примерно 207 электронным массам.
Физики окрестили «настоящий» мезотрон
Но для этого должно пройти еще несколько лет.
Мы пока проскочим эти годы. Они — тема особого разговора.
Сейчас же расскажем о том, как остроумные физики нашли хорошую работу «подкидышу». Помните, мы говорили, что мю-мезон почти ни в чем не отличается от электрона? Так полагали физики еще до войны, а последующие годы все более укрепляли их в этой мысли.
Заряд — такой же по величине и по знаку. Затем выясняется, что и спины того и другого в точности одинаковые. Сходство во всем, кроме массы. Мю-мезон начинают называть тяжелым электроном.
Зачем же природе наряду с обычным понадобилось создавать и тяжелый электрон? Этого никто не знает и поныне. Но вот разницу в их массах физики ухитрились использовать.
Они создали искусственные атомы. В этих атомах они посадили на электронные оболочки отрицательные мю-мезоны (в дальнейшем для краткости мы будем называть их «мю-минус»). В самом деле, это вполне возможно, хотя и требует незаурядных экспериментальных хитростей.
Прежде всего потребовалось получить достаточные количества таких частиц, а значит, и их родителей — пи-минусов. Причем не на огромных пространствах воздушного океана, а в крошечных объемах, в которых ведется опыт. Надо, кроме того, работать быстро: мю-минус живет лишь миллионные доли секунды.
Но за это время он успевает сделать полезное дело. Сев на электронную орбиту, он быстро проваливается с нее в глубь атома. Ведь он в двести с лишним раз тяжелее электрона. А значит, его орбита — если пользоваться моделью атома Бора — должна пролегать во столько же раз ближе к ядру, чем такая же орбита электрона в атоме.
Физики взяли атом свинца. Его порядковый номер в периодической системе — 82. Это означает, что в его ядре — 82 протона, а они притягивают электрон в 82 раза сильнее, чем единственный протон в водородном ядре. Результат нетрудно предвидеть: глубочайшая электронная орбита в атоме свинца расположится в 82 раза ближе к ядру, а глубочайшая орбита мю-минуса… да она, как показывает расчет, вообще должна войти в ядро!
Мю-минус, наверно, там шагу не сможет сделать. Шутка ли — толпа ядерных частиц. Она настолько плотна, что спичечная коробка ядерного вещества весит добрый миллиард тонн!
Но в мире атомов, как мы уже не раз убеждались, становится возможным многое из невозможного. Мю-минус проходит через сверхплотное вещество ядра куда легче, чем нож сквозь масло. В этом ему помогает то качество, из-за которого физики сочли его «подкидышем»: он очень слабо взаимодействует с ядерными частицами.
Предел путешествию мю-минуса в ядре кладет его собственная смерть. Но даже за тот ничтожный жизненный срок, что отпущен ему природой, он успевает совершить триллионы оборотов в ядре. А умирая, вызывает распад ядра, которое столь неосторожно предоставило ему гостеприимство.
Сев же на электронную оболочку, а затем с орбиты на орбиту проваливаясь в глубь атома, наш мю-минус
испускает фотоны совсем так, как это делает электрон, прыгая с удаленной на близкую к ядру орбиту. Длины волн мезонных фотонов попадают в область рентгеновых лучей.Слабенькое излучение! Атомы с мю-минусами (их назвали мезоатомами) совершенно затеряны в массе обыкновенных атомов да и живут ничтожно мало. Физикам, чтобы поймать излучение от них, пришлось пойти на очередную хитрость.
Они так подобрали пару из мезоатома и вещества, улавливающего рентгеновы лучи, что мезоатомные фотоны вышибали электроны из этого вещества. Например, в паре с мезоатомом фосфора работали атомы свинца. В этих условиях свинец особенно сильно поглощал рентгеновы лучи, и их удалось точно измерить.
Настоящий фокус! Но физиков вел не праздный интерес: по измерениям мезоатомного излучения удалось определить размеры ядер и сильно уточнить величину массы самих мю-мезонов. А это, как вы понимаете, весьма важно.
В те же годы «подкидыш» второй раз приобрел скандальную славу. Он второй раз замаячил крупным открытием и опять сник, не оправдав надежд физиков.
В эти годы перед учеными витал призрак близкого осуществления управляемой термоядерной реакции. Физики были в плену надежды, что вот-вот двери в заветную область откроются и мир будет залит потоками даровой термоядерной энергии. Но этот желанный миг все отодвигался и отодвигался.
Сверхвысокие температуры, которые нужны были для начала заветной реакции, никак не удавалось получить. Раскаленная плазма оказалась неподатливой.
А зачем же плазма? — додумался советский ученый Яков Борисович Зельдович. Можно попробовать на антиподе ее — сверххолодном водороде, но заменив его атомы мезоатомами.
Сверхвысокие температуры нужны, чтобы силком сблизить ядра водорода — протоны, несмотря на их бешеную антипатию. Так иногда пытаются помирить врагов, стукая их головами друг о друга. Однако же это примирение можно устроить и более «деликатным» путем! Обычно враги не могут подойти друг к другу: их электронные одежды имеют сравнительно внушительные размеры. А сами эти одежды отталкиваются друг от друга не менее сильно, чем их обладатели.
А если заменить электрон мю-мезоном? Его орбита в атоме в двести с лишним раз меньше электронной! Ядра сблизятся в целых двести раз! И может быть, даже сольются. Тогда произойдет термоядерная реакция.
Физики бросились искать. Столы уже ломились от тысяч фотографий следов, которые оставляли мю-мезоны и образовавшиеся мезоатомы. Нет ли где-нибудь следа развалившегося в термоядерной реакции мезоатома? Первым нашел Луис Альварец из Калифорнийского университета. Все оказалось так, как предсказал Зельдович. Сенсация! Открываются двери термоядерной эпохи!
Увы, сенсация быстро лопнула. Слишком мало мю-мезонов, а главное — ничтожно мал их жизненный срок. То тут, то там они облегчат нужную реакцию, а в целом, в массе вещества о ней и мечтать нечего.
Ядра урана в куске, размеры которого много меньше критических, могут, как мы уже знаем, делиться не только под действием нейтронов, но и сами собой. Однако же нечего и думать устроить на таком делении цепную реакцию. Слишком мал выход, как говорят физики.
Ладно, разочарованно протянули поклонники «термояда». А их коллеги, словно в утешение себе, взяли и сделали новый искусственный атом — мюоний. Только теперь в нем работал положительный мю-мезон и занял он место не электрона, а ядра. А вокруг этого облегченного ядра бегал электрон.