Охота за кварками
Шрифт:
Да, энергетическая проблема после борьбы за мир самая для человечества важная. И решить ее могут только физики. И кто знает, может, со временем слова «кварковая энергетика» станут такими же привычными, как сейчас слова «энергетика атомная»!
Детали, подробности того, как может быть по-новому решена энергетическая проблема, пока неясны. Точно так же можно стоять перед закрытым сейфом и, зная, что там спрятаны большие деньги, не знать той комбинации цифр, которая ведет к богатству.
Это будущее. А сейчас перед физикой стоит вполне конкретная задача обуздать термоядерный синтез.
Проблема
Чем их заменить в земных условиях?
В 1950–1951 годах в СССР и одновременно в США была высказана ставшая ныне широко известной мысль — использовать для удержания плазмы магнитное поле. Эта идея была быстро реализована. Казалось, термояд вскоре удастся запрячь в энергетическую упряжь.
Не тут-то было! Академик Л. Арцимович, создатель «Токамаков», проложивших путь бурному прогрессу в этой области, недаром любил повторять такую присказку:
«Термоядерная энергия — это одноколесный велосипед: все знают теоретически, что на нем можно ездить, но на практике все падают».
Вот уже три десятка лет сражаются с термоядом физики всей планеты. Уж сколько раз энтузиазм сменялся унынием. Сейчас работа идет по многим направлениям: к делу привлекаются и лазеры, и электронные, и ионные пучки частиц. Но все эти подходы к термоядерному синтезу можно сравнить с лобовой атакой. А нет ли обходных путей?
Есть! Это катализ реакций ядерного синтеза с помощью мю-мезонов.
Дело вот в чем. Отрицательно заряженные мюоны могут замещать в атомах электрон, образуя мезоатомы.
Мезоны в две сотни раз тяжелее электронов, поэтому мюонные «орбиты» расположены очень близко к ядру.
Особенно интересны свойства мезоатомов водорода и его изотопов дейтерия и трития. Тут заряд ядра полностью «экранируется» зарядом мезона. Получается нечто электрически нейтральное, подобное нейтрону. Как следствие, мезоатом водорода «свободно» проникает через электронные оболочки атомов, может подходить на близкие расстояния к ядрам, может стать катализатором ядерных реакций.
Здесь начинаются тонкости катализа, и в подробности того, как можно было бы осуществить термоядерный синтез с помощью мюонов, мы не будем вдаваться. Укажем лишь на преимущества нового подхода перед «классическим термоядом».
Тут, оказывается, не нужны температуры в десятки миллионов градусов, не нужны и хитроумные магнитные поля. Мезонный реактор представляет собой просто сосуд с газом — смесью дейтерия и трития, в который впрыскиваются мюоны.
Размеры сосуда зависят от давления газа, и при давлении в десятки атмосфер диаметр реактора составит около десяти сантиметров. Карманный реактор?!
Да, и на его основе можно было бы, к примеру, сделать термоядерный автомобильный двигатель!..
В чем состоят трудности такого «холодного термояда»? Только в том, что пока нет дешевого источника мю-мезонов. И он должен быть не только экономичным, но, главное, компактным, не то что используемые сейчас гиганты — ускорители. (Минимальная энергия, необходимая для получения мюонов, — 100 МэВ.)
Так вновь — в который раз! — мы убеждаемся, что исследования физики элементарных частиц хотя и требуют от человека
И близоруко было бы толковать только о непосредственной отдаче, лишь о научно-исследовательских разработках, которые с большим экономическим эффектом могут быть уже сейчас внедрены в народное хозяйство.
Тут надо помнить о том, что микрофизика как главная из фундаментальных наук создает опережающий потенциал, запас новых понятий, идей, представлений, методов, которые впоследствии будут обязательно использованы другими науками, прикладниками, войдут в философское понимание общей картины мира.
Заключение
Сегодня перед рассветом я взошел на вершину горы и увидел кишащее звездами небо. И сказал моей душе: когда мы овладеем всеми этими шарами Вселенной, и всеми их усладами, и всеми их знаниями, — будет ли с нас довольно? И моя душа сказала: «Нет, этого мало для нас. Мы пойдем мимо — и дальше!»
Вот и закончилась для нас с вами, читатель, охота за кварками. Мы прошли тропами, проложенными физиками, познакомились с тем, как охотятся физики-экспериментаторы и физики-теоретики, познали приемы этой необычной охоты, разглядели диковинное вооружение физиков, узнали о целях физической охоты, ее удивительных законах, ее ценных трофеях.
Подобно Уитмену, мы тоже взошли на вершину — вершину достижений физики микромира — и сейчас можем спокойно оглядеть окрестные дали.
Мы видим залитые солнцем синеющие бескрайние просторы, видим и далекие, еле различимые, то окутанные завесой тумана, то окрашенные белизной вечных снегов вершины, еще более высокие, чем та, на которой мы стоим. Бесстрастная природа простерлась перед нами во всей своей величавости и красоте.
«…На этих нескольких страницах мы попытались дать возможность неспециалисту почувствовать состояние, в котором находится физика элементарных частиц. Оно не сильно отличается от того, которое наблюдаешь, сидя в концертном зале перед началом концерта. На сцене уже появились многие (но не все) музыканты. Они пробуют свои инструменты. Иногда можно услышать ряд интересных музыкальных пассажей; отовсюду раздаются импровизации; иногда слышны и неправильно взятые ноты. Над всем этим нависло чувство ожидания того момента, когда раздадутся первые звуки симфонии…»
Так закончил свой обзор текущих событий в науке один зарубежный физик. Так — как ожидание чарующей, пленительной музыки — представляет он себе результаты уже ближайших достижений микрофизики. К этим прекрасным словам — словам физика! — хотели бы присоединиться и мы.
Книга закончена, но охота за кварками продолжается!
Физики-охотники не могут остановиться на полпути.
Когда закончится эта охота? Трудно сказать. Скорее всего окончательно разгадать тайны кварков дано будет лишь следующему поколению ученых. Молодежь, новая смена физиков, те, кто сидит сейчас за школьными партами и, может, пока ничего о кварках не знает, вероятно, именно они расколют наконец кварковую скорлупу. Этих пытливых удачников ждут и другие, еще более удивительные открытия и свершения.