Магнит за три тысячелетия (4-е изд., перераб. и доп.)
Шрифт:
частиц в камере Вильсона. Установка П.Л.Капицы представляла собой камеру
Вильсона, помещенную в сильное магнитное поле. Что это давало? Мы знаем о том,
что в магнитном поле любая заряженная частица движется по кривой, радиус которой
обратно пропорционален напряженности магнитного поля и прямо пропорционален
массе частицы и ее скорости. Таким образом, зная напряженность магнитного поля и
измерив радиус трека частицы в камере Вильсона, можно узнать ее
Идея П.Л.Капицы о магнитной камере Вильсона нашла приверженцев. Среди них был и
американец К.Андерсон, который в 1932 г. поместил камеру Вильсона внутри крупного
электромагнита со стальным сердечником и полем около 2 Тл. Полюсы магнита были
сконструированы таким образом, что создаваемое магнитное поле оказалось
совершенно однородным, т. е. во всех точках камеры поле было одинаковым. Это
давало возможность более точно определять энергию частиц. Андерсона кроме
энергии интересовали еще и знаки заряда частицы. При заданном направлении
магнитного поля и известном направлении движения положительно заряженные частицы
будут отклоняться в одну сторону, а отрицательно заряженные — в другую.
Исследуя вильсонограммы (так иногда называют фотографии следов в камере
Вильсона) космических лучей, Андерсон внезапно увидел поразительную вещь:
частица, по импульсу аналогичная электрону, отклонялась магнитным полем так, как
если бы она была заряжена положительно. Андерсон твердо знал, что электрон так
отклоняться в магнитном поле не может, поскольку он обладает отрицательным
зарядом и должен отклоняться в противоположную сторону.
Противоречия можно было бы примирить, если бы приписать этому "электрону"
положительный заряд. Существование "антиэлектрона", обладающего положительным
зарядом, было предсказано в 1928 г. молодым английским физиком Полем Дираком на
основе анализа "квантовых" уравнений движения электрона.
Частица, открытая Андерсоном, действительно оказалась антиэлектроном, или, как
его теперь называют, позитроном. Это была первая обнаруженная человеком частица
из антимира. Ее открытие было бы крайне затруднительно без сильного магнитного
поля, без мощного магнита. Так, академик Д.В.Скобельцын, напавший на след
позитрона гораздо раньше Андерсона, упустил его, поскольку магнит Скобельцына
давал поле лишь 0,3 Тл.
Камера Вильсона была незаменимым лабораторным устройством до тех пор, пока
энергии (скорости) излучаемых в ней частиц были относительно невелики. Но в 50-х
годах в СССР, США и других странах вступили в строй гигантские ускорители,
способные сообщать частицам колоссальную
столь велика, что они беспрепятственно пронизывали камеру Вильсона и почти не
отклонялись магнитным полем. Это и не удивительно — камера Вильсона заполнена
газом, почти не представляющим собой преграды для частиц. Частицы столь больших
энергий необходимо было исследовать по-другому.
Камеру Вильсона Капица "доделал" основательно, но резервы ее улучшения уже
иссякали. В 1948 г. Нобелевскую премию получил П.Блэкетт, который пристроил к
камере Вильсона множество счетчиков элементарных частиц, которые при
необходимости включали камеру и отключали ее, когда она простаивала без дела. Но
гораздо более серьезное предложение сделал американец, физик Дональд Глезер,
ученик Андерсона. И если Андерсон открыл позитрон-антиэлектрон, то заслуга
Глезера была не меньше: он открыл "антикамеру Вильсона" — пузырьковую камеру.
Поучительна история этого открытия. Поучительна потому, что она еще раз
убедительно показывает, что человек, одержимый какой-то идеей, способен видеть в
известных вещах только ему одному понятные явления, улавливать лишь для него
очевидные ассоциации, приводящие в конце концов к открытию.
Дональд Глезер в течение долгого времени мучительно искал материал, твердый или
жидкий, находящийся в таком неустойчивом равновесии, которое могла бы нарушить
даже одна-единственная атомная частица. В этом случае частица, непредставимо
эфемерная, могла бы оставить за собой видимый глазом след, который состоял бы,
например, из пузырьков испарившейся жидкости. Временами Глезер терял надежду —
слишком ничтожной казалась вероятность испарить энергией единственной частицы
заметное количество жидкости.
Однажды Глезеру попалась на глаза тридцатилетней давности статья Кенрика,
Гильберта и Визмера о "странной жидкости" — диэтиловом эфире, нагретом до
140 °C. "Странность" жидкости заключалась в том, что при этой температуре
она обязательно бурно вскипала, однако всегда через различные промежутки
времени. Проведя тридцать экспериментов, авторы убедились в том, что промежутки
времени перед вскипанием этой "капризной" жидкости образовывали ряд,
соответствующий закону случайных событий.
Глезер засел за расчеты, которые показали, что частота вскипания жидкости в
точности соответствует возможности попадания в колбу космических лучей, т. е.
отдельных атомных частиц с высокой энергией. Так была открыта первая жидкость,