Кстати, это можно видеть на том же снимке. Пи-мезону принадлежит косой след, идущий через весь снимок вниз из его правого угла.
Видите? След сломался, рыскнул в сторону, а от него уже вниз побежал пунктир. Так заряженный пи-мезон распадается почти всегда. Первый излом: пи-мезон распался на мю-мезон. А тот, прожив ничтожную долю секунды, сам на лету распался на электрон.
Итак, справа у нас распался не пи-мезон. Тогда что же? Выходит, совершенно новая, дотоле не известная частица? Да, это так.
Но справедливости ради, замечает ученый, надо сказать, что к тому времени, когда был сделан этот снимок, новую частицу уже знали. Ее открыли Батлер и Рочестер. Это — положительный ка-мезон, примерно в три с половиной раза тяжелее пи-мезона.
И распадается он на этом снимке на три пи-мезона: два положительных и один отрицательный. Теперь вы поймете, как важно изучать окрестности интересного события.
Проследите за полетом частицы, пошедшей из места распада влево кверху. Видите излом ее следа? Достаточно сравнить его с изломом следа пи-мезона, которых любезная природа подсунула нам на том же снимке, — и частица определена.
А как быть с массой ка-мезона? Из трех с половиной пи-мезонных масс природа в этом распаде вылепила только три пи-мезона. «Режим экономии»? — его природа не ведает. «Полмассы» пи-мезона пошло в соответствии с законом Эйнштейна на энергию полета разлетевшихся потомков ка-мезона. Богатое наследство оставил им щедрый родитель!
Замерили углы между следами пи-мезонов и нашли их импульсы, а по ним и суммарную энергию. Предположили — и не без оснований, — что наследство разделено справедливо, поровну между наследниками. Прибавили его к трем массам наследников, и оказалось, что ка-плюс-мезон «тянет» примерно на 965 электронных масс.
На этом, пожалуй, пора закончить нашу экскурсию. Мы только слегка приподняли занавес над той кропотливой и сложной работой, которую ведут физики уже в течение многих лет в десятках лабораторий, разбросанных по всему земному шару.
Обычно годы, богатые открытиями, сменяются на вид бедными годами, когда накопленные факты перевариваются в головах физиков, когда зреют новые идеи и замыслы, которым предстоит вызвать к жизни новые открытия.
Мы прервали свой рассказ на начале пятидесятых годов нашего века. Впереди нас ждет много интересного: начинается новый штурм мира мельчайших частиц материи. Что принесет он науке?
Глава 8
Пророчества сбываются
Вопреки довольно распространенному мнению, физики далеко не педанты. Охотники за частицами — в этом смысле не исключение. Они знают, что удивительную жизнь мира сверхмалых вещей не всегда удается уложить в заранее уготованные рамки. Требуя скрупулезной точности опытов и теоретических доказательств друг от друга, они вместе с тем легко мирятся с таким положением, когда теория создана, а «заложенная» в ее основу частица годами никак не ловится.
Не ловится? Тем хуже для частицы, тем скорее она будет поймана! Но почему они убеждены в этом? Ответ физиков может показаться вам несколько туманным: «Есть общие физические соображения…»
Попросим расшифровать их эти «смутные» слова. Вот, например, пи-мезон. Педант поступил бы так: он не поверил бы в теорию ядерных сил Юкавы, пока не был обнаружен пи-мезон. Нет частицы, и не о чем разговаривать. Но это был бы узколобый подход.
Теорию можно проверять и умнее. Есть ведь и другие явления, которые она позволяет рассчитать. Если бы всякая физическая теория объясняла лишь одно-единственное явление, то на свете не хватило бы теоретиков!
Теория тем и хороша, что охватывает целый круг разных явлений. И чем шире этот круг, тем ценнее теория. А для таких изумительно широких теорий, как, например, теория относительности или квантовая механика, у физиков вообще нет слов, чтобы определить их ценность.
Но вернемся к пи-мезону. Основанная на нем теория позволила объяснить и ядерные реакции, и деление ядра, и даже точно рассчитать атомную бомбу и ядерный реактор. Тут уже теорию ждет наивысшая похвала: ее подтверждает практика! Теперь она завоевывает даже самые недоверчивые умы.
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 уравнение. И после длительных раздумий заключил, что одна пара его решений должна описывать частицу, а другая пара — ее античастицу.
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 годы еще во многих ученых жила иллюзия, что США — «царство свободы». Не много же лет понадобилось, чтобы развеять эту иллюзию! Уже взрыв американских атомных бомб в 1945 году, безо всякой в том военной необходимости, ясно показал здравомыслящим людям, что США не меньше оснований называть «царством страха».