Юный техник, 1956 № 02 - Журнал «Юный техник»

* * *

Идет тренировочный футбольный матч. С помощью „РПД“ тренер команды прямо с трибун может руководить штурмом ворот условного противника.

— Здорово, — сказал Верхоглядкин. — Ну, я пойду, мне нора…

(См. стр 15)

* * *

Что же здесь интересного, спросите вы, — подобные столкновения мы не раз видели во время игры на биллиарде. Действительно, при лобовом столкновении биллиардных шаров налетающий шар останавливается, а покоившийся начинает двигаться со скоростью первого.

Ученые подсчитали вероятность лобового столкновения дейтрона с протоном. Она оказалась очень малой; поэтому все наблюдавшиеся случаи нельзя объяснить простым лобовым столкновением. Как же быть? А что, если сделать такое смелое предположение: когда нейтрон сближается с протоном настолько, что попадает в зону действия ядерных сил (но частицы не сталкиваются!), нейтрон превращается в протон и, почти не изменив энергии движения, продолжает свой путь? А неподвижный протон продолжает покоиться, но превращается в нейтрон? Это может произойти, если в момент сближения положительный заряд протона перейдет на нейтрон, который от этого превратится в протон. Протон же, потеряв свой заряд, станет нейтроном.

«Смело! — скажете вы. — Но для того, чтобы я вам окончательно поверил, объясните, как же происходит обмен зарядами? Собственно говоря, что вы имеете в виду когда говорите об этом обмене. Ведь до сих пор носителями заряда были определенные частицы: электрон, протон, позитрон. Заряда без частицы не существовало. О какой же частице сейчас идет речь?

Ответ на эти принципиальные вопросы дал японский физик Юкава. Он выдвинул очень интересную гипотезу о свойствах частиц, которыми обмениваются протон и нейтрон. Именно они, эти частицы, и обусловливают ядерные силы. Во-первых, эти частицы должны быть прочно связаны с протонами и нейтронами. А во-вторых, их масса должна быть тем больше, чем короче радиус действия силы. При тех расстояниях, на которых сказываются ядерные силы, масса частицы должна составлять 1/7 массы протона. Это было своего рода предсказанием: если ядерные силы вызваны обменом какими-то частицами, то масса этих частиц должна быть около 200 электронных единиц. Эти предполагаемые частицы назвали мезонами.

Здесь мы подходим к одному из сложнейших вопросов современной науки. Если мезон имеет массу и все время тесно связан с протонами и нейтронами, то почему же его масса не сказывается на массе этих частиц? А если он появляется лишь в момент их сближения, то откуда же он возникает?

Чтобы хоть немного облегчить понимание этих явлений, рассмотрим очень приблизительную аналогию. Наверное, каждый знает, что белый фосфор обладает способностью светиться в темноте. Объясняется это явление просто. Энергия, приносимая лучами при освещении фосфора, возбуждает его атомы.

Она словно растворяется в нем. А затем атом, переходя из возбужденного состояния в обычное, отдает энергию в виде свечения. Свечение, как и любая электромагнитная энергия, излучается определенными порциями — фотонами. Современная физика рассматривает фотон не только как порцию энергии, но и как некоторую частицу. Откуда же берутся эти фотоны при свечении фосфора? Они словно растворены в возбужденном атоме, находятся в нем в скрытом виде.

Что-то подобное происходит и с мезонами. Они тоже словно растворены в ядре, находятся в нем в неявном виде. И именно они обеспечивают ядру его необычайную устойчивость и компактность. Для перевода мезонов из неявного состояния в свободное необходима значительная энергия. И если какая-нибудь частица приносит в ядро такую энергию, это приводит к серьезным изменениям в ядре, сопровождающимся как бы «рождением» мезона в явном виде.

Проблема ядерных сил очень сложна и, по существу, еще не решена. Она изучается много лет, но чем подробнее мы знакомимся с ядерными силами, тем более сложной она представляется.

Прошлой три года после создания Юкава своей теории, и частицы, о говорил, действительно были обнаружены Андерсеном и Н…майером в космическом излучении. Они получили название (мю) — мезонов. Теоретики рассматривали это открытие как триумф мезонной теории ядерных сил.

Почти десять лет μ-мезоны тщательно изучались. Все их свойства сходились с предсказаниями Юкава. Оставалось совсем немногое: доказать, что они взаимодействуют с протонами и нейтронами так как говорила теория.

Здесь-то физику и ждало глубокое разочарование: μ-мезоны не оправдали возлагавшихся на них надежд. Они не подчинялись теории Юкава. Что же, значит, она не верна и от мезонной теории ядерных сил, на построение которой ученые потратили столько времени и труда и которая казалась такой плодотворной, надо отказаться? Это было бы очень тяжелым ударом.

Английский физик Пауэлл совершенно неожиданным образом подтвердил ее. Он доказал, что мезоны космических лучей — это не мезоны Юкава, а несколько иные частицы, а в 1948 году открыл новую частицу — π (пи) — мезон, которая вела себя совершенно так как предсказывал японский ученый.

Немногие открытия приносят ученым столько новых трудностей, сколько принесли мезоны. Оказалось, что и μ-мезоны и π-мезоны очень неустойчивы. Время жизни их измеряется миллионными и миллиардными долями секунды. А затем они распадаются на более легкие и устойчивые частицы.

Изучение распада μ-мезонов привело к открытию еще одной удивительной частицы. Вначале казалось, что μ-мезон просто превращается в электрон или позитрон. В камере Вильсона было ясно видно, как μ-мезон порождает лишь одну частицу. Но расчеты показали, что по закону сохранения энергии должны возникнуть по меньшей мере еще две частицы, не имеющие заряда и почти не имеющие масса. Они получили название нейтрино, что значит очень маленький электрон. Эта одна из самых загадочных и наименее поддающихся изучению частиц. Даже следов ее еще никто не видел.

* * *

Боба Белоручкин грустно поведал Верхоглядкину о только что полученной двойке.

- И чего твой Дотошкин не изобретет аппарат для ликвидации двоек? 

- Постой, ведь для этой цели можно приспособить "РПД"! — воскликнул Верхоглядкин!

(см. стр.23) 

* * *

— А теперь, — говорит Пайерлс, — мы подходим к одному из самых замечательных предвидений и открытий двадцатого века.

Мы уже говорили о позитроне, который является как бы «электроном» наоборот, электроном с положительным зарядом.

Теоретики предсказывали, что раз существует положительный электрон (позитрон), то должен существовать отрицательный протон — антипротон. Можно даже представить себе «обращенные» атомы с ядром из отрицательных антипротонов, окруженным облаком положительных электронов — позитронов.

Самое интересное, что свойства такого «антиатома» ни чем не будут отличаться от свойств обычного.

В октябре прошлого года американские физики Чемберлен, Сегре, Виганд и Илсилантис, работающие на гигантском ускорителя обнаружили антипротон! Но ведет он себя не совсем так, как ожидали. И это даже неплохо, — ведь возникающие противоречия между опытом и теорией всегда двигали науку вперед.

— В сущности, — продолжает Пайерлс, — было бы естественно, чтобы на этом и заканчивался список элементарных частиц. Их уже достаточно для существования всей вселенной, включая нас самих. Электроны, протоны и нейтроны необходимы для постройки атома. Фотоны нужны для существования электромагнитного поля, τ-мезоны связаны с ядерными силами. Грубо говоря, можно было бы обойтись без нейтронов и μ-мезонов.

Но оказалось, что список элементарных частиц закрывать еще рано. В последние годы нашли огромное количество новых частиц. Одних только мезонов обнаружено более десяти типов: здесь и θ (тэта) мезоны и τ (тау) — мезоны и к (ка) — мезоны.[2]

— Мы даже не знаем, — признается Пайерлс, — чем это кончится. Правда, за последние год-два новых частиц, кроме антипротона, не нашли. Может быть, новых больше и не будет. Но предсказывать это я не берусь.

Новые, еще неизведанные горизонты откроются перед учеными, когда через несколько месяцев под Москвой начнет работать сверхмощное орудие физиков — огромный синхрофазатрон. Что он принесет ученым — трудно предугадать. Но бесспорно одно: даже если не будут открыты новые частицы, то физики смогут гораздо лучше узнать уже обнаруженные. А пока мы снова стоим перед проблемой: известно, что существует столько-то элементарных частиц; а что они собой представляют — непонятно! И вообще элементарные ли они? Пожалуй, лучше слово «элементарные», когда речь идет об атомных частицах, брать в кавычки.

По остроумному замечания известного итальянского физика Ферми, даже само название «элементарные» скорее характеризует уровень наших знаний об этих частицах, чем их свойства и строение.