Охотники за частицами
Шрифт:
Все яснее понимают они, что, видимо, должны быть первичные и вторичные космические лучи: град частиц, приходящих из глубин Вселенной, должен претерпевать изменения при прохождении через атмосферу, рождать в ней потоки «земных» частиц. Мы ведь живем на дне воздушного океана. «Чистые» космические лучи, достигая этого дна, должны обязательно «загрязняться» примесью частиц, выбитых ими из атомов земной атмосферы. Как отделить друг от друга «истинные» космические лучи и их примеси? Физики тридцатых годов этого пока не умеют.
Все яснее видят они, что космические лучи, достигающие земной поверхности, как будто неоднородны, состоят из разных
И, наконец, чт'o это за частицы? Вероятно, протоны и электроны, может быть, еще и гамма-лучи — больше ничего ведь быть не может.
Уже получены многие тысячи фотографий следов космических лучей. Читатель может удивиться. В те годы космические лучи были такими же, как и сегодня. Почему же в них тогда не были открыты десятки частиц? Ведь они ясно давали о себе знать!
Что ж, на это можно ответить так: и тысячу лет назад свет был таким, как сегодня. Однако же не открыли тогда, что он состоит из фотонов!
Одной зоркости зрения мало. Нужна еще зоркость мысли. Глаз видит то, что ищет ум. А головы теоретиков в те годы еще не искали новых частиц. Пока что им хватало уже открытых. Первую картину атомного мира можно было сложить и из этих частиц.
Но подождите немного. Уже близко то время, когда теоретикам начнет не хватать известных частиц. Тогда они скажут экспериментаторам: «Ищите новые частицы!» И даже укажут им, что приблизительно надо искать.
И пойдут экспериментаторы в толпу космических лучей, вооруженные, как детективы, лишь словесными портретами разыскиваемых частиц. И разыщут они почти все то, на что им указали теоретики. Найдут они еще много того, чего теоретики никак не предсказывали. И сядут тогда теоретики, мучительно сжав голову ладонями, чтобы понять, откуда явились незваные гости.
Но все это еще далеко впереди.
А пока из «красной России» приходят удивительные научные известия. О них сообщает в журнале Академии наук молодой советский физик Дмитрий Владимирович Скобельцын.
Прежде всего он додумывается поместить камеру Вильсона между полюсами сильного магнита. Результат этого мы уже можем предвидеть. Космическая частица, успешно преодолевшая ветер земного магнитного поля, часто оказывается бессильной противостоять магнитному ветру в камере: этот во многие тысячи раз сильнее земного. И частица сворачивает на кривую дорожку.
А дальше? Дальше можно повторить все те измерения, которые когда-то привели Томсона к открытию электрона. Прежде всего, измерив кривизну следа частицы в камере, можно определить отношение величины заряда к массе частицы. А считая, что частица несет на себе единичный электрический заряд (равный по величине заряду электрона), можно вычислить массу частицы.
Кривая должна говорить, однако, о большем. Магнитное поле искривляет пути положительно и отрицательно заряженных частиц в разные стороны. Значит, по тому, как искривлен след, можно сразу сделать заключение и о знаке заряда частицы.
Наконец, зная, что за частица влетела в камеру — об этом сообщают характерные свойства ее следа, жирный ли, прерывистый ли он, — ученый может по известной массе определить энергию частицы. А это исключительно
Так след космической частицы становится источником важной информации о ее свойствах.
Но часто встречаются и такие энергичные космические частицы, что даже сильнейшее магнитное поле в камере не в состоянии сбить их с пути. Следы таких частиц простираются в камере от стенки и до стенки, совершенно прямые, одинаково тонкие или одинаково неплотные. О чем же это говорит? О том, что частица растратила в камере лишь ничтожную долю своей колоссальной энергии.
Так закружило не очень энергичный электрон магнитное поле в камере Вильсона. Электрон, выбитый из атома космической частицей, получил от нее в полет энергию порядка тысячи электрон-вольт. Постепенно растрачивая эту энергию в столкновениях с атомами газа, он описал суживающуюся спираль. Подсчитывая число следов таких, как их назвали физики, дельта-электронов и начальный диаметр витка спирали, можно узнать, какую энергию потеряла космическая частица в камере.
Торопливая частица пролетела камеру насквозь, не задерживаясь в ней. А поймать ее было бы очень интересно.
Но как это сделать? Космические частицы достигают Земли, пусть растеряв часть своей энергии в атмосфере, все же далеко не на излете. Даже смешно думать, что тонюсенький слой газа в камере смог бы в этом отношении конкурировать с многокилометровой толщей атмосферы Земли.
Поднять давление газа в камере до тысяч атмосфер? Трудно, но в принципе можно. Однако это даст лишь то, что метровый слой газа в камере сравняется с километровым слоем воздуха. Все равно — этого слишком недостаточно.
Космические лучи неплохо задерживаются тяжелыми металлами, атомы которых насчитывают на своих оболочках многие десятки электронов. Например, свинцом.
А раз так, то можно в камере Вильсона сделать свинцовые переборки. Одну, другую, третью. Даже если частица проскочит через все переборки, она в конце концов сильно замедлится.
Вот в камеру влетает частица, вспыхивает лампа, фотоаппарат срабатывает. И первые же снимки оправдывают ожидания. Даже больше — на них видны целые грозди следов частиц. Немногочисленные у первой переборки, на которую упала частица, затем они быстро ветвятся, и вот уже с переборок свисают целые кусты из многих десятков и сотен следов.
«Снопы частиц», — называет их Пьер Оже, уроженец солнечной Франции.
«Ливни частиц», — предлагает Патрик Блеккет, житель дождливой Англии. Это название — «ливни» — и закрепляется за удивительным явлением. Может быть, ливни побеждают еще и потому, что немного спустя это явление обнаруживают и в атмосфере. А это уже более близкое сравнение.
Ливень вторичных частиц, образованных энергичной космической частицей в свинцовых перегородках камеры Вильсона. Изучая число «струй» в таких ливнях от перегородки к перегородке, можно в конце концов оценить энергию космической частицы. Она наверняка составит многие миллиарды электрон-вольт.