Охотники за частицами

Солидно! Что же там замораживают? Водород.

Предупреждая дальнейшие вопросы, ученый начинает пояснение. Камеру Вильсона помните? Помним: там был пересыщенный «неустойчивый» пар. Ну, а здесь такая же «неустойчивая» перегретая жидкость. Чуть-чуть сдвинь температуру или понизь давление, и она бурно закипит.

Но режим подобран так, что жидкость не кипит. Если идеально очистить стенки колбы и налить в нее дистиллированную воду, то, может быть, она не закипит и при 150 градусах. Просто в ней не могут образоваться пузырьки пара.

Вот такая жидкость и здесь в камере — жидкий перегретый водород. Он кипит уже при –253° по Цельсию, оттого и нужна низкая температура.

Но вот в камеру влетела энергичная частица, и путь ее сразу отмечен цепочкой возникших пузырьков пара в прозрачной жидкости. Теперь фотографируйте, но быстро! Пузырьки пара, как и капельки жидкости в камере Вильсона, живо расползаются.

Изобрел такую камеру американский физик, сын выходцев из России, Дональд Глэзер.

Вильсон придумал свою «туманную» камеру, наблюдая за красивым зрелищем рождения облаков в горах. Глэзер же, как говорят его друзья, додумался до пузырьковой камеры, наблюдая рост пузырьков газа на неровностях стенок пивной бутылки! Самые обыденные явления, замечавшиеся тысячи раз, дают наблюдательному уму пищу для раздумий.

Все? Нет, еще вопрос. А в чем преимущества пузырьковой камеры Глэзера перед «туманной» камерой Вильсона?

Жидкость имеет более высокую плотность по сравнению с паром в камере Вильсона, значит, и событий в пузырьковой камере случается и регистрируется гораздо больше. Кроме того, еще очень удобно, что столкновения частиц можно изучать на самых простых ядрах — ядрах водорода.

А вот еще один прибор. В нем не надо пользоваться лампой-вспышкой: след частицы сам освещает себя. Это искровая камера. Внутренность ее похожа на трюм корабля: толстые металлические перегородки разбивают ее на отсеки.

Эти перегородки — одновременно электроды: на них через один подано высокое напряжение. Влетела в камеру частица, ионизировала на своем пути газ — и мгновенно следует пробой: за частицей вдоль следа проскакивает крошечная молния.

Яркости ее, однако, вполне достаточно для фотографирования. И очень удобно: никакой возни с пересыщенным паром или перегретой жидкостью (а возни здесь немало, пока подберешь нужный режим). След же получается ничуть не хуже.

«Пожалуй, на этом можно закончить экскурсию, — заявляет ученый, глядя на наши уставшие лица. — Идите-ка отдохните, а я тем временем подберу вам парочку интересных фотографий. Посмотрите, проснется любопытство, — и тогда отправитесь к теоретикам…»

Богатый арсенал оружия сегодня у охотников за частицами! И с каждым годом становится все богаче. Увидеть новый неизведанный след, затаив дыхание пройтись по нему — какая охота может быть более захватывающей?

Новые ускорители с лихвой оправдали возлагавшиеся на них надежды. Из красного латунного «шва» на боку ускорительной камеры пи-мезоны вырывались ежесекундно многими сотнями. В глубинах крошечной экспериментальной мишени бурно разыгрывались события, свидетелями которых до тех пор были лишь пустынные глубины космоса.

Внешне этапы земной работы выглядят немного прозаично. Отснята кассета с пленкой на пузырьковой камере. Приходит лаборант, снимает кассету, вставляет новую и уносит отснятую пленку в фотолабораторию. Там ее проявляют — бережно, тщательно, в условиях, которым позавидовал бы любой фотограф. Пленка не должна иметь ни одной царапины, на ней не должно быть заметной усадки! Картина события должна быть запечатлена во всей своей первозданности.

Но завидовать все же не стоит. Съемка велась вслепую, и до поры до времени никто не знает, что получилось на пленке. Камера может работать месяцами, а на пленке не окажется ни одного нового, интересного события.

После обработки в фотолаборатории пленка попадает в просмотровый зал. Просмотр таких пленок и поныне сопряжен с адским трудом. Приходится долгие часы сидеть, склонившись над микроскопом. Постоянные опасения, чтобы не сбить пленку, — тогда кадр приходится просматривать опять сначала. Но все же сегодня в просмотровом зале можно услышать и шутку, и веселый смех. Узенький зрачок микроскопа уступает место большому проекционному экрану. Работать становится много легче.

Но работа от этого не стала короче. Иногда приходится просмотреть десятки километров пленки, сотни тысяч кадров, чтобы натолкнуться на действительно интересное событие.

Мелькают надоевшие тонкие спиральки «заячьих» следов электронов, выбитых из атомов энергичными частицами и гамма-фотонами. Бегут прямые цепочки «волчьих» следов тяжелых частиц, пересекающих в разных направлениях поле зрения, — действительно, как следы волков на бескрайнем снежном поле. На экран вдруг вплывает звезда: волк натолкнулся на мирно обедающее семейство миролюбивых зверей и вспугнул его. Из похожей на кляксу звезды веером в разные стороны летят брызги протонов и мезонов из разрушенного при мощном столкновении ядра.

Попадаются иногда и резко обрывающиеся, и сломанные следы.

Стоп! Теперь начинается самый тщательный просмотр.

Измеряется шаг зверя — плотность зерен в следе до и после излома или перерыва. По масштабу на экране отсчитывают, сколько капелек или пузырьков укладывается, скажем, на сантиметре следа. Отсюда узнают, как энергично драл зверь шкуры на своем пути, а из этого — какова была энергия его движения.

Очень аккуратно измеряется угол излома следа, углы между зубьями вилок. По ним можно судить, насколько изменился импульс частицы, какие импульсы имеют новые частицы.

Затем внимательнейшим образом исследуются ближайшие окрестности излома. Не появятся ли там новые следы — одиночные ли, парные ли в виде вилок, тройные? Окрестности места излома или перерыва следа часто имеют решающее значение!

Наметанный глаз наблюдателя — позади уже не одна сотня пленок! — сразу обратит внимание на необычное событие. Но в чем его необычность — укажет лишь точный расчет. Новое событие, а иногда, к великой радости, и новая частица — они откроются только на кончике пера после хитроумной расшифровки следов.

А вот и ученый показывает нам обещанную фотографию. На ней действительно множество всякого зверья оставило свои следы. На какие обратить внимание? Что интересного на снимке?

Сделаем первый отсев: отбросим все пунктирные следы, принадлежащие электронам. В большинстве опытов подобного рода они не представляют интереса.

Следы, не имеющие на снимке ни обрывов, ни изломов, также не задерживают внимания. Звери, оставившие эти следы, пронеслись через камеру, не испытав в ней никаких столкновений с ядрами, никаких распадов. Это второй отсев.

Теперь осталось не так уж много следов, достойных внимания. В первую очередь, конечно, след, идущий почти параллельно правому обрезу снимка. След толстый, почти сплошной — значит, его оставила довольно тяжелая частица.

Протон? Нет: наверху след ломается и превращается сразу в три. Может быть, протон влетел в ядро и, разрушив его, образовал звезду? Нет, звезда выглядит иначе. И, кроме того, камера была наполнена водородом, а он звезд не дает: в ядре водорода один лишь протон.

Значит, собственный распад частицы. Но это не протон: он не распадается в свободном полете на другие частицы.

Следующее слово говорит промер жирности следа. Связав его со скоростью частицы (она раньше прошла через магнит, так что импульс ее известен), физики заключают, что она легче протона.

Круг суживается. Остается пи-плюс-мезон. Но это и не он. Накопленный за несколько лет опыт говорит о том, что на три частицы пи-мезон почти никогда не распадается.