Охотники за частицами

Вам казалось, что антипротон и протон при встрече должны вести себя подобно другой братской паре — позитрону и электрону? Иными словами, они должны были превратиться в пару или тройку фотонов.

Но разумная природа поступила иначе. Она превращает частицу и ее античастицу при их аннигиляции в кванты именно «их», а не «чужих» полей. Квантами поля, «своего», электронам и позитронам действительно служат фотоны.

Для ядерного поля, как мы знаем, такими квантами являются пи-мезоны. Иначе, смотришь — один протон исчез со своим зеркальным братом, потом другой, третий, оставив лишь фотоны.

Редко это могло бы происходить? А что такое «редко» для вечной и бесконечной Вселенной? Один миг! Между тем мы что-то не замечаем, чтобы протоны потихоньку исчезали из нашего мира. Природа как будто поддерживает некое равновесие между числом протонов и электронов в мире. Электрон может превратиться вместе с позитроном в кванты электромагнитного поля — фотоны. Но в другое время фотоны могут превратиться обратно в пару этих частиц.

Но протона с антипротоном из них уже нельзя состряпать. Это дело пи-мезонов.

Разумеется, протонный и электронный миры природа не разгородила стеной. Те же пи-мезоны, распадаясь, в конечном счете превращаются в электроны. Зато в другом месте и в другое время другие, более энергичные пи-мезоны будут рождать вполне реальные пары из протонов и антипротонов.

Об этом превращении частиц вещества в кванты поля и обратно, квантов поля в частицы вещества мы уже вкратце упоминали в главе о позитроне. Однако серьезный разговор об этом отложим до следующей главы.

До сих пор мы почти обошли молчанием, так сказать, «тылы» отряда охотников за частицами. Эти тылы — повара-теоретики. На них возложено почетное задание: состряпать из охотничьих трофеев наиболее вкусное блюдо современной физики — единую теорию всех частиц. Сегодня кухня работает полным ходом.

Можно, конечно, подобно нетерпеливой хозяйке, совать поминутно нос на эту кухню, тревожа поваров. Можно и запастись терпением, чтобы узреть готовое блюдо. Однако блюдо готовится очень медленно. Мы выбираем не то и не другое: в следующей главе придем и прочно засядем на кухне теоретиков, с робкой надеждой постичь тайны искусства поваров.

А пока что вернемся к антипротону. Он пришел к физикам не один. Он привел за собой еще одну античастицу. Она была открыта год спустя, и физики поняли, что это антинейтрон.

Поняли сразу, потому что предвидели коварство антипротона. Из «жаркой» встречи зеркальных братьев могли родиться не только «дребезги» пи-мезонов. Братья могли и не повредить друг друга. Если можно так выразиться, они при этом лишь сняли свои шляпы — электрические заряды.

Заряд протона погасил заряд антипротона, и на свет появились две нейтральные частицы с почти теми же массами, что у исходных частиц. Нейтрон и антинейтрон!

А эта пара аннигилирует уже привычным образом: от их «тел» остаются лишь «дребезги» пи-мезонов. Образование такой пары — событие совсем уж редкое. Давно уже Сегре и его сотрудники улучшили производительность своей машины до десятка антипротонов в минуту, а антинейтроны все еще появлялись буквально поштучно.

На этом, пожалуй, пора закончить разговор о том, как сбылось предсказание почти двадцатипятилетней давности. Теперь речь пойдет еще об одном удивительном пророчестве. О частице, которую физики с полным основанием могли — и еще сегодня могут — считать рекордом неуловимости. О нейтрино.

Подарок на кончике пера

Альфа-излучение радиоактивных ядер с самого начала нашего века благодаря Резерфорду заняло прочное и важное место в арсенале физиков. Бета-излучением до поры до времени мало кто интересовался.

Просто еще один источник электронов! Причем никудышно слабенький даже в сравнении с тусклой электрической лампочкой, из нагретого волоска которой ежесекундно вырываются полчища электронов.

Очередь бета-распада наступила в начале тридцатых годов, когда к нему обратилась квантовая механика. За два года до того она разгрызла орешек альфа-распада ядер. Казалось, что и тайна бета-распада не устоит перед ее натиском.

Однако с самого начала квантовой механике пришлось столкнуться с двумя весьма неприятными для нее обстоятельствами. Вы помните — она лишила электроны пристанища в ядре? Между тем электроны нахально вылетали из ядер! Мало того, они вылетали из ядер с какой угодно энергией!

Вот этого квантовая механика уже никак не могла им простить! Электроны подкапывались под самые ее основы. Ядро, как показывал альфа-распад, — самый настоящий квантовый объект. Частицы в нем имеют ряд дозволенных энергий, наподобие атома. Об этом же свидетельствовали и ядерные гамма-лучи. Они состояли, подобно спектру атома, из ряда узеньких линий.

Спектр ядерных электронов не обнаруживал же и намека на линии! Выходило, что, с одной стороны, ядро — квантовая система частиц, а с другой — вовсе не квантовая. Этого физики не могли стерпеть.