Охотники за частицами
Шрифт:
Вот какие предосторожности пришлось принять физикам, чтобы вычесать антипротон из его разношерстной свиты. В основном в ней, как уже говорилось, присутствовали пи-мезоны. Они проскакивали 12-метровый коридор со скоростью лишь на 1 % меньше скорости света, за 40 миллиардных долей секунды.
Главный гость двигался солиднее, но тоже очень быстро — всего лишь на 24 % медленнее света. Коридор, по концам которого стояли черенковские счетчики, он проходил за 51 миллиардную долю секунды. Именно на это опоздание и была установлена электронная схема телескопа счетчиков.
Как только она срабатывала, на экране специального прибора — осциллографа, —
Из огромного ускорителя, который выбрасывал сгустки во много миллиардов протонов, появлялось в среднем всего лишь четыре антипротона в час! За несколько недель работы, когда группа Сегре, наконец, решилась после строгой проверки опубликовать свои результаты, она имела в своем распоряжении лишь 60 случаев несомненного появления антипротона.
Полдела было сделано. Физики убедились в существовании антипротона. Теперь хотелось бы увидеть его воочию. Ну, разумеется, не сам антипротон, а оставленный им след. В коридоре, по которому изредка следовал гость, установили толстый блок фотографической эмульсии. После многодневной выдержки на работающем ускорителе ее проявили и отправили в Рим, где сидели великие искусники по просмотру следов.
И что же, в эмульсии удалось обнаружить почти двадцать явных следов антипротонов. Вот один из них. Пришел он слева (именно по возросшей плотности ионизации физики заключили, что частица пришла слева [2] ). Раздавая «автографы» в виде содранных шкур встречным атомам, антипротон, наконец, устал и остановился. Но отдохнуть ему не пришлось: его тут же, в зерне эмульсии, проглотило некое ядро.
2
Возрастание ионизации в конце пути полета заряженных частиц связано с потерей ими энергии, а значит, и скорости. В результате частица пролетает мимо каждого встречного атома медленнее, и у нее больше времени на то, чтобы оторвать от него кусок «электронной шкуры».
Фотография аннигиляции антипротона с протоном. Летящий слева антипротон захватывается ядром фотоэмульсии. В результате взрыва ядра образуется «звезда» из пи-мезонов и протонов. Пи-мезонам отвечают тонкие, протонам — жирные следы. Видны также последующие распады пи-мезонов на мю-мезоны и электроны.
Результат налицо. Захваченный в ядро антипротон тут же слился с одним из ядерных протонов — аннигилировал. И выделившаяся при этом колоссальная энергия (те самые два миллиарда электрон-вольт) разнесла ядро в «мелкие дребезги». Эти «дребезги» прекрасно видны на фотографии.
В основном «дребезги» состоят из пи-мезонов. Вы не ожидали?
Вам казалось, что антипротон и протон при встрече должны вести себя подобно
Но разумная природа поступила иначе. Она превращает частицу и ее античастицу при их аннигиляции в кванты именно «их», а не «чужих» полей. Квантами поля, «своего», электронам и позитронам действительно служат фотоны.
Для ядерного поля, как мы знаем, такими квантами являются пи-мезоны. Иначе, смотришь — один протон исчез со своим зеркальным братом, потом другой, третий, оставив лишь фотоны.
Редко это могло бы происходить? А что такое «редко» для вечной и бесконечной Вселенной? Один миг! Между тем мы что-то не замечаем, чтобы протоны потихоньку исчезали из нашего мира. Природа как будто поддерживает некое равновесие между числом протонов и электронов в мире. Электрон может превратиться вместе с позитроном в кванты электромагнитного поля — фотоны. Но в другое время фотоны могут превратиться обратно в пару этих частиц.
Но протона с антипротоном из них уже нельзя состряпать. Это дело пи-мезонов.
Разумеется, протонный и электронный миры природа не разгородила стеной. Те же пи-мезоны, распадаясь, в конечном счете превращаются в электроны. Зато в другом месте и в другое время другие, более энергичные пи-мезоны будут рождать вполне реальные пары из протонов и антипротонов.
Об этом превращении частиц вещества в кванты поля и обратно, квантов поля в частицы вещества мы уже вкратце упоминали в главе о позитроне. Однако серьезный разговор об этом отложим до следующей главы.
До сих пор мы почти обошли молчанием, так сказать, «тылы» отряда охотников за частицами. Эти тылы — повара-теоретики. На них возложено почетное задание: состряпать из охотничьих трофеев наиболее вкусное блюдо современной физики — единую теорию всех частиц. Сегодня кухня работает полным ходом.
Можно, конечно, подобно нетерпеливой хозяйке, совать поминутно нос на эту кухню, тревожа поваров. Можно и запастись терпением, чтобы узреть готовое блюдо. Однако блюдо готовится очень медленно. Мы выбираем не то и не другое: в следующей главе придем и прочно засядем на кухне теоретиков, с робкой надеждой постичь тайны искусства поваров.
А пока что вернемся к антипротону. Он пришел к физикам не один. Он привел за собой еще одну античастицу. Она была открыта год спустя, и физики поняли, что это антинейтрон.
Поняли сразу, потому что предвидели коварство антипротона. Из «жаркой» встречи зеркальных братьев могли родиться не только «дребезги» пи-мезонов. Братья могли и не повредить друг друга. Если можно так выразиться, они при этом лишь сняли свои шляпы — электрические заряды.
Заряд протона погасил заряд антипротона, и на свет появились две нейтральные частицы с почти теми же массами, что у исходных частиц. Нейтрон и антинейтрон!
А эта пара аннигилирует уже привычным образом: от их «тел» остаются лишь «дребезги» пи-мезонов. Образование такой пары — событие совсем уж редкое. Давно уже Сегре и его сотрудники улучшили производительность своей машины до десятка антипротонов в минуту, а антинейтроны все еще появлялись буквально поштучно.
На этом, пожалуй, пора закончить разговор о том, как сбылось предсказание почти двадцатипятилетней давности. Теперь речь пойдет еще об одном удивительном пророчестве. О частице, которую физики с полным основанием могли — и еще сегодня могут — считать рекордом неуловимости. О нейтрино.