Охотники за частицами

Зачем же природе наряду с обычным понадобилось создавать и тяжелый электрон? Этого никто не знает и поныне. Но вот разницу в их массах физики ухитрились использовать.

Они создали искусственные атомы. В этих атомах они посадили на электронные оболочки отрицательные мю-мезоны (в дальнейшем для краткости мы будем называть их «мю-минус»). В самом деле, это вполне возможно, хотя и требует незаурядных экспериментальных хитростей.

Прежде всего потребовалось получить достаточные количества таких частиц, а значит, и их родителей — пи-минусов. Причем не на огромных пространствах воздушного океана, а в крошечных объемах, в которых ведется опыт. Надо, кроме того, работать быстро: мю-минус живет лишь миллионные доли секунды.

Но за это время он успевает сделать полезное дело. Сев на электронную орбиту, он быстро проваливается с нее в глубь атома. Ведь он в двести с лишним раз тяжелее электрона. А значит, его орбита — если пользоваться моделью атома Бора — должна пролегать во столько же раз ближе к ядру, чем такая же орбита электрона в атоме.

Физики взяли атом свинца. Его порядковый номер в периодической системе — 82. Это означает, что в его ядре — 82 протона, а они притягивают электрон в 82 раза сильнее, чем единственный протон в водородном ядре. Результат нетрудно предвидеть: глубочайшая электронная орбита в атоме свинца расположится в 82 раза ближе к ядру, а глубочайшая орбита мю-минуса… да она, как показывает расчет, вообще должна войти в ядро!

Мю-минус, наверно, там шагу не сможет сделать. Шутка ли — толпа ядерных частиц. Она настолько плотна, что спичечная коробка ядерного вещества весит добрый миллиард тонн!

Но в мире атомов, как мы уже не раз убеждались, становится возможным многое из невозможного. Мю-минус проходит через сверхплотное вещество ядра куда легче, чем нож сквозь масло. В этом ему помогает то качество, из-за которого физики сочли его «подкидышем»: он очень слабо взаимодействует с ядерными частицами.

Предел путешествию мю-минуса в ядре кладет его собственная смерть. Но даже за тот ничтожный жизненный срок, что отпущен ему природой, он успевает совершить триллионы оборотов в ядре. А умирая, вызывает распад ядра, которое столь неосторожно предоставило ему гостеприимство.

Сев же на электронную оболочку, а затем с орбиты на орбиту проваливаясь в глубь атома, наш мю-минус испускает фотоны совсем так, как это делает электрон, прыгая с удаленной на близкую к ядру орбиту. Длины волн мезонных фотонов попадают в область рентгеновых лучей.

Слабенькое излучение! Атомы с мю-минусами (их назвали мезоатомами) совершенно затеряны в массе обыкновенных атомов да и живут ничтожно мало. Физикам, чтобы поймать излучение от них, пришлось пойти на очередную хитрость.

Они так подобрали пару из мезоатома и вещества, улавливающего рентгеновы лучи, что мезоатомные фотоны вышибали электроны из этого вещества. Например, в паре с мезоатомом фосфора работали атомы свинца. В этих условиях свинец особенно сильно поглощал рентгеновы лучи, и их удалось точно измерить.

Настоящий фокус! Но физиков вел не праздный интерес: по измерениям мезоатомного излучения удалось определить размеры ядер и сильно уточнить величину массы самих мю-мезонов. А это, как вы понимаете, весьма важно.

Обманутые надежды

В те же годы «подкидыш» второй раз приобрел скандальную славу. Он второй раз замаячил крупным открытием и опять сник, не оправдав надежд физиков.

В эти годы перед учеными витал призрак близкого осуществления управляемой термоядерной реакции. Физики были в плену надежды, что вот-вот двери в заветную область откроются и мир будет залит потоками даровой термоядерной энергии. Но этот желанный миг все отодвигался и отодвигался.

Сверхвысокие температуры, которые нужны были для начала заветной реакции, никак не удавалось получить. Раскаленная плазма оказалась неподатливой.

А зачем же плазма? — додумался советский ученый Яков Борисович Зельдович. Можно попробовать на антиподе ее — сверххолодном водороде, но заменив его атомы мезоатомами.

Сверхвысокие температуры нужны, чтобы силком сблизить ядра водорода — протоны, несмотря на их бешеную антипатию. Так иногда пытаются помирить врагов, стукая их головами друг о друга. Однако же это примирение можно устроить и более «деликатным» путем! Обычно враги не могут подойти друг к другу: их электронные одежды имеют сравнительно внушительные размеры. А сами эти одежды отталкиваются друг от друга не менее сильно, чем их обладатели.

А если заменить электрон мю-мезоном? Его орбита в атоме в двести с лишним раз меньше электронной! Ядра сблизятся в целых двести раз! И может быть, даже сольются. Тогда произойдет термоядерная реакция.

Физики бросились искать. Столы уже ломились от тысяч фотографий следов, которые оставляли мю-мезоны и образовавшиеся мезоатомы. Нет ли где-нибудь следа развалившегося в термоядерной реакции мезоатома? Первым нашел Луис Альварец из Калифорнийского университета. Все оказалось так, как предсказал Зельдович. Сенсация! Открываются двери термоядерной эпохи!