Охотники за частицами

Сразу же за бойницей, прорубленной в толстой бетонной стене, гостей встречал первый швейцар. Вспышка света рождала импульс тока в фотоумножителе — гости прибыли. Ровно через 12 метров такой же поклон гостям отдавал второй швейцар. Срабатывала электроника, установленная на то запоздание между «поклонами», какого ожидали по импульсу главного гостя. Навстречу выходил хозяин.

Увы, как правило, выходил напрасно. Гость появлялся в окружении столь многочисленной свиты, что даже зоркие швейцары путались и отдавали поклоны ей, а не главному гостю. Поклоны были зряшными, и хозяин решил усилить штат швейцаров.

Схема установки группы Сегре, на которой были «пойманы» антипротоны. Справа — изображения на экране осциллографа, связанного со счетчиками, в различных стадиях опыта.

Так в доме появились новые стражи. Их поклоны отличались гораздо большей разборчивостью. Они отмечали лишь таких гостей, которые следовали мимо них со скоростью не меньше 75 % и не больше 78 % от скорости света. Вы уже догадываетесь, что швейцарская пополнилась черенковскими счетчиками. Об их поклонах в виде голубоватых вспышек света мы уже рассказывали в предыдущей главе.

И это было еще не все. Отдельный черенковский швейцар давал сигнал, когда мимо него проносился гость со скоростью больше 78 % от скорости света. Этот сигнал шел всем остальным швейцарам и означал: «Не кланяться! Бежит свитский!»

В самом дальнем углу коридора, по которому следовали гости, дежурил еще один швейцар. Он следил за тем, чтобы в дом никто не мог проникнуть с черного хода. В данном случае — из потока космических лучей.

Наконец, за сортирующим магнитом устанавливался сепаратор антипротонов. Его целью было хоть немного разредить свиту, чтобы облегчить работу швейцаров.

Вот какие предосторожности пришлось принять физикам, чтобы вычесать антипротон из его разношерстной свиты. В основном в ней, как уже говорилось, присутствовали пи-мезоны. Они проскакивали 12-метровый коридор со скоростью лишь на 1 % меньше скорости света, за 40 миллиардных долей секунды.

Главный гость двигался солиднее, но тоже очень быстро — всего лишь на 24 % медленнее света. Коридор, по концам которого стояли черенковские счетчики, он проходил за 51 миллиардную долю секунды. Именно на это опоздание и была установлена электронная схема телескопа счетчиков.

Как только она срабатывала, на экране специального прибора — осциллографа, — установленного перед наблюдателем, возникал «всплеск». Прошел антипротон! Второй антипротон — снова «всплеск»! И только теперь физики воочию убедились в справедливости всех этих предосторожностей. Главный гость действительно оказался очень редким посетителем.

Из огромного ускорителя, который выбрасывал сгустки во много миллиардов протонов, появлялось в среднем всего лишь четыре антипротона в час! За несколько недель работы, когда группа Сегре, наконец, решилась после строгой проверки опубликовать свои результаты, она имела в своем распоряжении лишь 60 случаев несомненного появления антипротона.

Полдела было сделано. Физики убедились в существовании антипротона. Теперь хотелось бы увидеть его воочию. Ну, разумеется, не сам антипротон, а оставленный им след. В коридоре, по которому изредка следовал гость, установили толстый блок фотографической эмульсии. После многодневной выдержки на работающем ускорителе ее проявили и отправили в Рим, где сидели великие искусники по просмотру следов.

И что же, в эмульсии удалось обнаружить почти двадцать явных следов антипротонов. Вот один из них. Пришел он слева (именно по возросшей плотности ионизации физики заключили, что частица пришла слева^[2]). Раздавая «автографы» в виде содранных шкур встречным атомам, антипротон, наконец, устал и остановился. Но отдохнуть ему не пришлось: его тут же, в зерне эмульсии, проглотило некое ядро.

Фотография аннигиляции антипротона с протоном. Летящий слева антипротон захватывается ядром фотоэмульсии. В результате взрыва ядра образуется «звезда» из пи-мезонов и протонов. Пи-мезонам отвечают тонкие, протонам — жирные следы. Видны также последующие распады пи-мезонов на мю-мезоны и электроны.

Результат налицо. Захваченный в ядро антипротон тут же слился с одним из ядерных протонов — аннигилировал. И выделившаяся при этом колоссальная энергия (те самые два миллиарда электрон-вольт) разнесла ядро в «мелкие дребезги». Эти «дребезги» прекрасно видны на фотографии.

Одна античастица приводит с собой другую

В основном «дребезги» состоят из пи-мезонов. Вы не ожидали?