Философия оптимизма

Субъядерная физика — это физика частиц, которые входят в атомные ядра или не входят в них, но находятся на той же ступени иерархической лестницы дискретных частей вещества, что и нуклоны. Это частицы, которые, в отличие от более крупных дискретных тел, в отличие от молекул, атомов и атомных ядер, может быть, не делятся на уже существовавшие в их составе низшие звенья иерархии. Их распад и рождение в этом случае не сводятся к пространственной перегруппировке тождественных себе субчастиц. К чему они сводятся, мы пока не знаем. Мы также не знаем, где локализованы встречи, рассеяния и трансмутации частиц, не знаем, впрочем, имеет ли смысл вопрос о точной локализации этих событий. Мы можем лишь утверждать, что эти события происходят в очень малых пространственно-временных ячейках, в пространстве порядка линейных размеров атомного ядра и в течение временных интервалов, необходимых свету, чтобы пройти такое пространство. Здесь, быть может, находится пространственно-временной порог, перешагнув через который мы попадем в мир, где ход ультрамикроскопических событий подчинен принципам, более общим и точным, чем известные нам сейчас. Быть может, этот порог дальше и ультрамикроскопический мир, где можно встретить новые решения фундаментальных проблем бытия, находится в пространственно-временных ячейках на много порядков меньших. Во всяком случае путь к новым фундаментальным принципам, к их «внешнему оправданию» лежит через экспериментальное изучение очень малых областей, где происходят процессы, которые мы склонны считать ультра-релятивистскими.

Для этого нужны очень большие энергии частиц, которыми манипулирует экспериментатор.

Переход физики от атомно-молекулярных теорий XIX в. к атомной физике, затем к ядерной и субъядерной — это переход от энергий в сотые доли электронвольта к энергиям, измеряемым электронвольтами, затем миллионами и миллиардами эв. Атомы классической физики и химии при их тепловом движении обмениваются энергиями порядка 0,01 эв; они ведут себя при этом как твердые шарики. Электромагнитное излучение атомов, раскрывающее их структуру, обладает энергией от нескольких эв в оптической области до нескольких сотен тысяч эв в ренгеновском излучении. Ядерная структура раскрывается в процессах, требующих энергии в миллионы электронвольт. С начала 30-х годов создалось своеобразное сотрудничество в ядерной и затем в субъядерной физике между ускорителями, которые придавали частицам высокие энергии (с 30-х годов до нашего времени эти энергии возросли от сотен тысяч до десятков миллиардов эв), и приборами, с помощью которых изучали космические лучи[77]. Космические лучи — это потоки частиц различного типа и с различными энергиями, которые несутся к Земле со всех сторон из мирового пространства. Частицы, входящие в космическое излучение, имеют иногда колоссальные энергии, недостижимые в ускорителях, но ими труднее манипулировать, и по большей части новые частицы и новые процессы находили сначала в космических лучах, а затем изучали более детально с помощью ускорителей. Впрочем, в 50—60-е годы ускорители позволили в ряде случаев самостоятельно открыть новые частицы и процессы. Энергия частиц космического излучения, используемых в новых открытиях, все время росла и с 30-х годов выросла примерно в таком же отношении, как и энергия частиц в ускорителях. В начале этого периода в космических лучах был найден позитрон, существование которого было предсказано релятивистской квантовой механикой. Открытие и изучение позитрона не требовало очень высоких энергий, так как масса позитрона (равная массе электрона) мала и, чтобы превзойти соответствующую этой массе энергию покоя электрона и позитрона, нужны энергии порядка миллиона эв, но при возникновении и распаде нуклонов и других, еще более тяжелых частиц фигурируют энергии порядка миллиардов эв. В настоящее время область энергий, в которой ведутся интенсивные исследования космических лучей, достигла триллионов эв, а ускорители сообщают частицам энергии до 76 млрд. эв. Таков наиболее крупный ускоритель протонов, сооруженный недавно в Серпухове. Крупные ускорители работают в Брукхэвене (33 млрд, эв), в Женеве (28 млрд, эв), в Дубне (10 млрд. эв). Чтобы дать представление об их устройстве, потребуется очень краткая историческая справка.

В самом начале 30-х годов были построены линейные ускорители, где заряженные частицы двигались прямолинейно в электрическом поле, приобретая все большую скорость. Почти одновременно появились циклические ускорители — циклотроны. В них заряженная частица движется по окружности в магнитном поле, перпендикулярном плоскости, в которой отта обращается.