События, что ни говори, редкие. Потому и опыт шел многие недели. Уже обработаны тысячи фотопленок. И физики убеждаются, что рождаются только мю-мезоны! Электронов нет и в помине!
«Ну, что — неуклюжий маневр?» — было заявлено еще раз посрамленным скептикам. «Да мы-то что! — отмахнулись слабо скептики. — Вы лучше смотрите, какие занятные выводы следуют из существования двух нейтрино!» И пророки и скептики как ни в чем не бывало сдвинули головы в тесный круг. И увлекательнейшая охота продолжилась.
А тем временем нейтрино заинтересовались охотники за «сверхбольшим», исследователи бескрайних звездных миров — астрофизики.
Спасибо фотонам: они уже о многом поведали, путешествуя по просторам Вселенной. Астрономы узнали о далеких звездных мирах в недрах гигантских туманностей, увидели сталкивающиеся галактики, взрывающиеся звезды, чудовищные облака космической пыли и газов. Луч света помог проникнуть в недра звезд, нащупать в них величайший в природе источник света и тепла — термоядерные реакции. Спасибо фотону — славно он поработал!
Такие слова, правда, чаще говорят, провожая на пенсию какого-нибудь заслуженного деятеля. Фотон еще во цвете лет, до пенсии ему еще работать и работать! Но работать все труднее: все большие требования предъявляют к нему ученые.
А фотон уже со всеми требованиями не справляется. Задают ему вопрос: расскажи, что творится в самых глубоких недрах звезды? А он: не знаю, не был; я, собственно, побывал лишь ближе к краю. А из центра звезды мне бы и не выбраться: слишком тяжелый путь, слишком много на нем препятствий, чудовищно плотно сжато там вещество.
Ученые не отстают: расскажи тогда, какие они — антимиры, где они, что ты там видел? А фотон: не знаю, не видел, для меня все миры одинаковы, что ваш, что какой другой! И он прав: что в мире, что в антимире — фотоны одинаковы. У них ведь нет отличающихся античастиц.
Идет уже сегодня к фотону помощник. Юркий, неуловимый, через любые препятствия проникнет — нейтрино. Тучами рождаются нейтрино и антинейтрино в глубочайших недрах звезд, без труда вырываются оттуда в межзвездное пространство. Они и должны поведать нам о своем родном доме.
Миры шлют во все стороны густые стаи нейтрино. А антимиры — не менее обильные косяки антинейтрино. Но эти частицы уже различаются. Они и поведают нам, где и какие есть антимиры, как там позитроны крутятся вокруг ядер, составленных из антипротонов и антинейтронов, как там антиатомы и антимолекулы собираются в антиживотных и, может быть, даже антилюдей.
Нейтрино становится зондом Вселенной! Так, согласно старинной поговорке, сходятся сверхвеликое и сверхмалое!
И еще об одном из чудес Вселенной может поведать нейтрино — о нейтронных звездах, о пятом состоянии вещества, как его назвал Лев Давидович Ландау.
Но расскажем об этом по порядку. В конце тридцатых годов крупный немецкий физик Ганс Бете заинтересовался стариннейшим вопросом. Уже много тысяч лет младенцы всего мира задают своим родителям один и тот же «младенчески невинный» вопрос: «А почему светит Солнце?»
— Там геенна огненная, там черти поджаривают грешников! — шепчет и богобоязненно крестится какая-нибудь темная бабушка.
— А на чем там черти жарят, бабушка? На дровах или на угле?
— На дровах, на дровах, внучек!
— А давно там черти жарят, бабушка?
— Давно, давно, и нас с тобой еще не было!
— И как только у них там дров хватает!
Бабушка предусмотрительно не отвечает. Даже лучших, отборнейших дров для такого гигантского котла, как Солнце, хватило бы лишь на сотни лет. Лучшего угля, лучшего на свете горючего — на тысячи лет.
А Солнце светит себе миллиарды лет и не думает гаснуть! Бог с ней, с этой бабушкой, — крупнейшие ученые прошлых веков ломали головы над «детским» вопросом и ничего разумного не могли придумать. В лучшем случае, по их расчетам, Солнце должно было погаснуть спустя миллионы лет после того, как загорелось.
Бете сопоставляет: измерения солнечного спектра показывают, что там в изобилии присутствует водород и довольно редкий на Земле газ — гелий. Бете — физик-ядерщик, он мыслит понятиями своей науки. Значит, на Солнце подавляющее большинство всех ядер составляют протоны и альфа-частицы.
Какая связь между ними? Видимо, альфа-частицы могли бы образоваться из протонов при наличии нейтронов. Но, если для этого требуется внушительная энергия, природа на это не пойдет. Ведь Солнце не получает энергии извне.
Бете делает расчет. Результат ошеломляет его. «Монтаж» альфа-частицы не только не требует энергии — он сам щедро отдает ее! Ну, а теперь прикинем, зная массу Солнца и сколько оно отдает энергии в виде света и тепла, надолго ли хватит энергии, выделяющейся при «монтаже» альфа-частиц?
Ответ вполне утешительный: на многие и многие миллиарды лет! Солнце не выбрало из своей кладовой пока что и половины протонов. Светит и греет нас оно по меньшей мере уже добрых пять миллиардов лет. И столько же будет, если не больше.
Так открывается первая термоядерная реакция — источник столь расточительного и вместе с тем долгого звездного существования. Затем открываются другие возможные термоядерные реакции. Но какие из них идут в звездах на самом деле, никто еще сегодня не знает.
Известно только одно. Чтобы пошли такие реакции, в недрах звезд должны быть чудовищные температуры — минимум десятки миллионов градусов! Вещество при таких температурах находится в «четвертом», плазменном состоянии. Нейтроны в свободном виде при таких температурах, как на Солнце, видимо, не живут. Когда сталкиваются два протона, они образуют ядро тяжелого водорода — дейтрон — без участия нейтрона.
В тот ничтожный миг, когда протоны вступили в зону действия ядерных сил, один из них исчезает, превращаясь в нейтрон. Выбрасываются прочь позитрон и нейтрино, и протон уже тесно сцепился со своим «обращенным» собратом в новое ядро.
Куда же девались электронные оболочки протонов, которые когда-то, пока звезда не вспыхнула, мирно окружали свои ядра? Видимо, в звезде вместе с полчищами протонов существуют и не менее густые полчища электронов. Но атомов из них уже не выйдет: слишком высока температура.
Примерно в те же годы, когда Бете раскрыл секрет источника существования звезд, Ландау попытался ответить на им же поставленный «детский» вопрос: а нельзя ли электрон силой вогнать в протон и получить нейтрон? Можно, ответил он немного спустя, но для этого нужна огромная энергия — 800 тысяч электрон-вольт на пару частиц.
Ну, какая же это огромная энергия? Сегодняшние ускорители дают уже десятки миллиардов электрон-вольт! Верно. Но Ландау перевел подсчет на масштабы целой звезды. А вещества в ней, как ни говори, «немножко» больше, чем в жиденьком пучке частиц, крутящемся в камере ускорителя. Вот так и выходило, что в звездах как будто бы электроны в протоны не загоняются. Не хватает температуры: для этого нужны многие миллиарды градусов. А в звездах, видимо, речь идет лишь о десятках миллионов.
Но есть одна вещь, от температуры как бы не зависящая, — это влияние на электронный «газ» плотности звездного вещества. Оказывается, энергию и температуру этого «газа» можно повысить одним лишь сжатием. Чем-то это напоминает нагрев воздуха в велосипедном насосе при накачивании шины.
На самом деле причина здесь другая. Ее уместнее сравнить с поведением толпы, которую вдруг начало сжимать неумолимое оцепление. Пытаясь уйти от давки, люди начинают карабкаться на фонарные столбы, на лестницы домов. Скоро и там становится тесно, — люди перебираются на крыши домов, все выше и выше.
Так ведут себя и электроны при сильном сжатии: они все выше и выше поднимаются по ступенькам энергетической лестницы. И, наконец, передовые из них достигают крыши — тех самых 800 тысяч электрон-вольт. Это начинается, когда плотность звездного вещества достигает примерно миллиона тонн в кубическом сантиметре.