Искусственное солнце

Возьмите к примеру обычный атом. Ведь и там электроны не наблюдаются непосредственно (без вмешательства извне). Нет ни одного эксперимента, который прямо отметил бы движение их внутри электронных оболочек» не нарушая этого движения. Но мы твердо убеждены в существовании этих невидимых частиц, ибо свое присутствие они проявляют, например, при перескоках с одной орбиты на другую, при изменениях энергетического состояния. В этих случаях электроны атома создают электромагнитное излучение. Вообще без передачи и преобразований энергии немыслимы никакие процессы, опыты, наблюдения. А отсюда вывод: чтобы хотя бы косвенно обнаружить материальную структуру пустоты, надо попытаться каким-то способом изменить в ней энергетическое состояние ненаблюдаемых частиц.

Естественным логическим развитием этих соображений была идея проверки релятивистской квантовой механики путем «удара в пустоту».

Поскольку всюду вокруг нас и в нас самих — бесчисленное множество совершенно неощутимых электронов отрицательных энергий, то имеет смысл попробовать какой-либо из них так сильно обогатить энергией, чтобы он перескочил с ненаблюдаемого отрицательного энергетического уровня на обычный—положительный. Видимо, для этого ему придется сообщить энергию больше, чем полная ширина запретной зоны, то есть больше миллиона электроновольт. Только тогда он перепрыгнет запрещенные состояния «единым махом», как и разрешает квантовая механика. Если теория верна, то таким способом мы совершили бы потрясающий фокус — извлекли бы из вакуума материальную частицу!

Словом, теория Дирака дала вполне конкретное задание физикам-экспериментаторам: с огромной силой ударить по пустоте и... выбить из нее крупиночку вещества!

Неясно было только, чем ударять, каков должен быть этот необыкновенный «молоток», как заставить частицы отрицательных энергий воспринять на себя его удар.

Позднее эти вопросы нашли решение.

МОЛОТОК И НАКОВАЛЬНЯ

Обязанности «молотка», бьющего по пустоте, может выполнить достаточно энергичный фотон — «пуля» света, носитель всепроникающей электромагнитной энергии, А чтобы толчок был воспринят и фотон поглощен, пустоту следует предварительно «положить на наковальню», роль которой способно сыграть какое-нибудь атомное ядро.

Зачем нужна эта «наковальня»?

Молоток-фотон несется в равномерном «киселе» пустоты, заполненной неощутимыми частицами. И фотону не обо что опереться, стукнуться, чтобы передать им энергию. А атомное ядро, попавшееся на пути фотона, воспринимает на себя его импульс. Фотон стукается о поле ядра, словно молот о наковальню, и обретает способность обогатить своей энергией ненаблюдаемый электрон.

Если энергия фотона больше миллиона электроновольт, он, ударив по пустоте, способен так сильно толкнуть ненаблюдаемый электрон вакуума» что тот, совершив, по квантовым законам, «прыжок», превратится в обыкновенный наблюдаемый электрон нашего мира.

А что останется в вакууме?

Там останется освобожденное электроном состояние. Останется дырка! Дырка в пустоте!

ДЫРКА В НЕЗРИМОМ

Что такое, собственно говоря, дырка?

Отсутствие в чем-то этого самого чего-то.

Дырка в головке сыра — отсутствие сыра в сыре.

А дырка в пустоте? Видимо, это отсутствие в пустоте... пустоты! Дырка в пустоте означает нечто, не являющееся пустотой. Что же именно?

Освободившееся состояние в дираковском фоне электронов отрицательных энергий есть состояние с положительной энергией (отсутствие недостатка есть избыток). Значит, дырка, «просверленная» в вакууме, будет наблюдаема.

Отсутствие отрицательного заряда в ней проявится как наличие положительного заряда. Отсутствие отрицательной массы — как положительная масса.

Другими словами, дырка представит собой материальную частицу, во всем подобную обычному электрону нашего мира, но заряженную положительно.

Теперь мы можем полностью сформулировать предположение о последствиях удара сильным фотоном по вакууму вблизи атомного ядра: из вакуума должны вылететь сразу две материальные частицы — положительный и отрицательный электроны.

И опыт подтвердил это необычайное предвидение.

В 1932 году американский физик К. Андерсон исследовал космические лучи —частицы высоких энергий, которые мчатся к нам на Землю из глубин Вселенной. Работа велась по методу, предложенному известным советским ученым Д. В. Скобельцыным. Камера Вильсона (прибор, в котором протоны и электроны, пролетая, оставляли за собой тонкие следы тумана) была поставлена между полюсами сильного электромагнита. Под влиянием магнитного поля пути частиц в камере искривлялись в разные стороны, в зависимости от знака заряда. И по кривизне, толщине, длине этих туманных линий следопыты-физики могли всесторонне изучить пролетевшие частицы.

В один прекрасный день, просматривая очередную партию фотоснимков следов, Андерсон обратил внимание на необычную картину. Два следа, соответствующих по толщине электронным, выходили из одной точки и загибались в разные стороны. Получалось, что частицы несли на себе разные по знаку, но одинаковые по величине электрические заряды.