Охотники за частицами
Шрифт:
Нет пи-мезона? Не беда: никто уже не сомневается, что он будет рано или поздно обнаружен. Он не может не появиться! И действительно, появляется.
Так следователь, непоколебимо уверенный в своих выводах на основании «общих юридических соображений», движется к раскрытию преступления. И наградой ему служат неопровержимые улики, которые словно чудом появляются в последний день следствия.
В начале пятидесятых годов физики приступают к поимке антипротона. Какие у них основания искать эту частицу? Да самые общие!
Мы помним, что за двадцать с лишним лет до этого Дирак вывел свое известное
Не прошло и четырех лет, как скептикам, не принявшим теорию Дирака, был нанесен сильный удар. В космических лучах был открыт антиэлектрон. Он вошел в физику под именем позитрона.
Но уравнение Дирака универсально. Оно применимо в принципе ко всем частицам. Значит, у каждой частицы должен быть свой зеркальный двойник — античастица.
В последующие годы природа подтверждает это «общее соображение». В космических лучах открываются еще две зеркальные пары — мю-минус и мю-плюс, пи-минус и пи-плюс.
И в конце сороковых годов уже не остается, пожалуй, ни одного физика, который бы не разделял убеждения, что у каждой частицы обязательно должна быть своя античастица. А открытие ее — дело времени. Чтобы приблизить это время, в США начинают проектировать большой ускоритель протонов на энергию шесть миллиардов электрон-вольт.
Эта цифра выбирается не случайно. Точный расчет показывает, что именно такую энергию должен иметь бомбардирующий протон, чтобы он мог, ударив о протон в мишени, «родить» антипротон. Что-то слишком много? — можно задать законный вопрос. В самом деле, на «извлечение» антипротона из переполненной дираковской пустоты нужно затратить энергию около одного миллиарда электрон-вольт.
И все же для дела нужно шесть миллиардов, а не один. Антипротон рождается не в одиночку: вместе с ним должен появиться на свет и протон (помните, и позитрон рождался лишь в паре с электроном). Итак, уже не один, а два миллиарда. Дальше: наш разогнанный протон ударяет по протону, сидящему в мишени. Таким образом, в игре участвует не одна, а четыре частицы — два «родителя» и два «новорожденных».
Расчет же показывает, что процесс рождения антипротона будет протекать на редкость беспокойно: сразу же после него родители и новорожденные должны разлететься в разные стороны с гигантской энергией — примерно по одному миллиарду электрон-вольт на каждого. Вот и арифметика: два миллиарда на рождение и по миллиарду на всех четырех частиц — в итоге шесть миллиардов электрон-вольт.
Да, довольно дорогостоящее событие! Что ж, оно стоит того. За сорок лет изучения космических лучей какие только не наблюдались события! А это ни разу не попалось на глаза физикам.
В 1954 году огромный ускоритель заработал. Теперь предстояло ставить решающий опыт по поимке антипротона.
Этим делом занялись шесть человек. Руководил ими уже знакомый нам Эмилио Сегре — давний сподвижник Энрико Ферми по опытам с нейтронами. Свободолюбивый итальянец, как и Ферми, не смог ужиться с режимом Муссолини и вслед за Ферми в поисках пристанища переселился в США.
В те
Сегре мог с усмешкой думать, что свобода — это тот же антипротон. В принципе существует, а поди-ка отыщи!
Расчет заставлял предполагать, что один антипротон в пучке их частиц, летящих от ускорителя, должен попадаться на десятки тысяч пи-мезонов. Недурная пропорция! Уже одна она ясно показывала, что опыт по поимке «льва»-антипротона в огромной стае «волков»-мезонов будет трудным и тяжелым.
В первую очередь, как и полагалось, на пути пучка частиц был установлен сильный электромагнит. Он отделил все положительные от всех отрицательно заряженных частиц (антипротоны имеют отрицательный знак заряда). Теперь с антипротоном летели только отрицательные пи-мезоны, имеющие тот же импульс. Вся стая частиц направлялась в трубу, обложенную «подушками», — мы ее уже видели: эта труба выстраивает частицы в стае хвост к хвосту.
Сразу же за бойницей, прорубленной в толстой бетонной стене, гостей встречал первый швейцар. Вспышка света рождала импульс тока в фотоумножителе — гости прибыли. Ровно через 12 метров такой же поклон гостям отдавал второй швейцар. Срабатывала электроника, установленная на то запоздание между «поклонами», какого ожидали по импульсу главного гостя. Навстречу выходил хозяин.
Увы, как правило, выходил напрасно. Гость появлялся в окружении столь многочисленной свиты, что даже зоркие швейцары путались и отдавали поклоны ей, а не главному гостю. Поклоны были зряшными, и хозяин решил усилить штат швейцаров.
Схема установки группы Сегре, на которой были «пойманы» антипротоны. Справа — изображения на экране осциллографа, связанного со счетчиками, в различных стадиях опыта.
Так в доме появились новые стражи. Их поклоны отличались гораздо большей разборчивостью. Они отмечали лишь таких гостей, которые следовали мимо них со скоростью не меньше 75 % и не больше 78 % от скорости света. Вы уже догадываетесь, что швейцарская пополнилась черенковскими счетчиками. Об их поклонах в виде голубоватых вспышек света мы уже рассказывали в предыдущей главе.
И это было еще не все. Отдельный черенковский швейцар давал сигнал, когда мимо него проносился гость со скоростью больше 78 % от скорости света. Этот сигнал шел всем остальным швейцарам и означал: «Не кланяться! Бежит свитский!»
В самом дальнем углу коридора, по которому следовали гости, дежурил еще один швейцар. Он следил за тем, чтобы в дом никто не мог проникнуть с черного хода. В данном случае — из потока космических лучей.
Наконец, за сортирующим магнитом устанавливался сепаратор антипротонов. Его целью было хоть немного разредить свиту, чтобы облегчить работу швейцаров.