Охотники за частицами

Но вернемся к пи-мезону. Основанная на нем теория позволила объяснить и ядерные реакции, и деление ядра, и даже точно рассчитать атомную бомбу и ядерный реактор. Тут уже теорию ждет наивысшая похвала: ее подтверждает практика! Теперь она завоевывает даже самые недоверчивые умы.

Нет пи-мезона? Не беда: никто уже не сомневается, что он будет рано или поздно обнаружен. Он не может не появиться! И действительно, появляется.

Так следователь, непоколебимо уверенный в своих выводах на основании «общих юридических соображений», движется к раскрытию преступления. И наградой ему служат неопровержимые улики, которые словно чудом появляются в последний день следствия.

В начале пятидесятых годов физики приступают к поимке антипротона. Какие у них основания искать эту частицу? Да самые общие!

Мы помним, что за двадцать с лишним лет до этого Дирак вывел свое известное уравнение. И после длительных раздумий заключил, что одна пара его решений должна описывать частицу, а другая пара — ее античастицу.

Не прошло и четырех лет, как скептикам, не принявшим теорию Дирака, был нанесен сильный удар. В космических лучах был открыт антиэлектрон. Он вошел в физику под именем позитрона.

Но уравнение Дирака универсально. Оно применимо в принципе ко всем частицам. Значит, у каждой частицы должен быть свой зеркальный двойник — античастица.

В последующие годы природа подтверждает это «общее соображение». В космических лучах открываются еще две зеркальные пары — мю-минус и мю-плюс, пи-минус и пи-плюс.

И в конце сороковых годов уже не остается, пожалуй, ни одного физика, который бы не разделял убеждения, что у каждой частицы обязательно должна быть своя античастица. А открытие ее — дело времени. Чтобы приблизить это время, в США начинают проектировать большой ускоритель протонов на энергию шесть миллиардов электрон-вольт.

Эта цифра выбирается не случайно. Точный расчет показывает, что именно такую энергию должен иметь бомбардирующий протон, чтобы он мог, ударив о протон в мишени, «родить» антипротон. Что-то слишком много? — можно задать законный вопрос. В самом деле, на «извлечение» антипротона из переполненной дираковской пустоты нужно затратить энергию около одного миллиарда электрон-вольт.

И все же для дела нужно шесть миллиардов, а не один. Антипротон рождается не в одиночку: вместе с ним должен появиться на свет и протон (помните, и позитрон рождался лишь в паре с электроном). Итак, уже не один, а два миллиарда. Дальше: наш разогнанный протон ударяет по протону, сидящему в мишени. Таким образом, в игре участвует не одна, а четыре частицы — два «родителя» и два «новорожденных».

Расчет же показывает, что процесс рождения антипротона будет протекать на редкость беспокойно: сразу же после него родители и новорожденные должны разлететься в разные стороны с гигантской энергией — примерно по одному миллиарду электрон-вольт на каждого. Вот и арифметика: два миллиарда на рождение и по миллиарду на всех четырех частиц — в итоге шесть миллиардов электрон-вольт.

Да, довольно дорогостоящее событие! Что ж, оно стоит того. За сорок лет изучения космических лучей какие только не наблюдались события! А это ни разу не попалось на глаза физикам.

Встреча важного гостя

В 1954 году огромный ускоритель заработал. Теперь предстояло ставить решающий опыт по поимке антипротона.

Этим делом занялись шесть человек. Руководил ими уже знакомый нам Эмилио Сегре — давний сподвижник Энрико Ферми по опытам с нейтронами. Свободолюбивый итальянец, как и Ферми, не смог ужиться с режимом Муссолини и вслед за Ферми в поисках пристанища переселился в США.

В те годы еще во многих ученых жила иллюзия, что США — «царство свободы». Не много же лет понадобилось, чтобы развеять эту иллюзию! Уже взрыв американских атомных бомб в 1945 году, безо всякой в том военной необходимости, ясно показал здравомыслящим людям, что США не меньше оснований называть «царством страха».

Сегре мог с усмешкой думать, что свобода — это тот же антипротон. В принципе существует, а поди-ка отыщи!

Расчет заставлял предполагать, что один антипротон в пучке их частиц, летящих от ускорителя, должен попадаться на десятки тысяч пи-мезонов. Недурная пропорция! Уже одна она ясно показывала, что опыт по поимке «льва»-антипротона в огромной стае «волков»-мезонов будет трудным и тяжелым.

В первую очередь, как и полагалось, на пути пучка частиц был установлен сильный электромагнит. Он отделил все положительные от всех отрицательно заряженных частиц (антипротоны имеют отрицательный знак заряда). Теперь с антипротоном летели только отрицательные пи-мезоны, имеющие тот же импульс. Вся стая частиц направлялась в трубу, обложенную «подушками», — мы ее уже видели: эта труба выстраивает частицы в стае хвост к хвосту.