PRO Антиматерию

Магнитное поле заставляет заряженные частицы отклониться от курса. Отклонение получается больше в случае легких или медленно движущихся частиц, чем для более тяжелых и быстрых. Направление показывает, является заряд отрицательным или положительным: отрицательные идут в одну сторону, налево, а положительные в другую, направо. Однако нашлись и такие, которые шли прямо сквозь камеру, которую использовал Скобельцын. Эти следы оставляли электроны, которые двигались столь быстро, что магнитное поле едва ли успевало на них повлиять и отклонить перед тем, как они исчезали. Они двигались гораздо быстрее, чем могли частицы из любого радиоактивного источника или гамма-лучей, известных в то время. В действительности их выбили из атомов космические лучи. Хотя Скобельцын этого не понял, он стал первым, кто наблюдал следы самих космических лучей. Почти точно, что это лучи содержали не только электроны, но и позитроны, но они недостаточно отклонялись для того, чтобы обратить на себя внимание, поэтому ученый не стал заниматься более детальным изучением вопроса и упустил Нобелевскую премию во второй раз.

В 1923 году Роберт Милликен получил Нобелевскую премию за измерение заряда электрона с высокой точностью. Милликен проводил эксперименты с заряженными капельками масла. Он измерил в них заряд электрона.

Элементарный электрический заряд является одной из фундаментальных физических констант, и знание его точного значения очень важно. В своих экспериментах Милликен измерял силу, действующую на мельчайшие заряженные капельки масла, подвешенные между электродами при помощи электрического поля. При известном значении электрического поля можно определить заряд капли. Проведя повторные эксперименты с большим количеством капелек, Милликен показал, что результаты могут быть объяснены, если предположить, что заряд капли пропорционален целому числу элементарных зарядов.

Выражение «космические лучи» (или «космическое излучение») тоже придумал Милликен, у которого была своя теория происхождения внеземной радиации. Он считал, что космические лучи – это гамма-лучи, «родовые муки создания», как он называл их сам, хотя не совсем понятно, что он имел в виду. Чтобы извлечь из лучей то, что в них содержится, вначале нужно заставить их изогнуться, или отклониться, показать заряд и энергию, а для этого требуется более сильный магнит. Если магнитное поле достаточно сильное, то можно отклонить и перенаправить даже самые быстрые частицы. В 1930 году Милликен предложил своему студенту Карлу Андерсону построить достаточно мощный магнит для отклонения космических лучей.

Андерсон воплотил это с помощью инженеров в ближайшей аэронавигационной лаборатории. Магнитные поля получались в десять раз мощнее, чем у Скобельцына, с их помощью Андерсону удалось изменить направления полета частиц. К своему удивлению он обнаружил, что в космических лучах содержатся и положительно, и отрицательно заряженные частицы в примерно равных количествах.

Как говорилось выше, Милликен считал, что космические лучи состоят из гамма-лучей, которые следов не оставляют. Он предположил, что заряженные частицы были выбиты из атомов гамма-лучами. В его интерпретации отрицательными были электроны, а положительными – протоны. Однако фотографии, сделанные Андерсоном, с этим не совсем сочетались. Легкие частицы типа электронов оставляют тонкие слабые следы, очень сильно отличающиеся от плотных следов массивных протонов. Все следы на фотографиях Андерсона выглядели как следы электронов, и поэтому он высказал предположение, что те, которые отклонились «не в ту сторону», – это не положительно заряженные частицы, идущие вниз, а электроны, идущие вверх. Милликену это не понравилось, на его суждения сильно влияло понимание природы космических лучей, и он настаивал, что даже если следы тонкие, а не густые, их тем не менее вызывают протоны, которые идут вниз.

Андерсон решил спор, установив свинцовую пластину в центре камеры. Если частица пройдет сквозь пластину, то потеряет энергию, и ее кривая изменится после того как она выйдет из пластины, в сравнении с тем, какой была до входа. Таким образом, споры о том, идут ли они вверх или вниз, прекратятся, также раз и навсегда определится знак заряда: положительные – вниз, а отрицательные – вверх.

Это и вправду дало ответ на вопрос и показало, что ошибались и Андерсон, и Милликен! Следы были оставлены не положительно заряженными протонами и не электронами, которые шли вверх, а являлись следами «положительных электронов», которые шли вниз. По крайней мере Андерсон был удовлетворен, хотя ему все еще было трудно убедить своего учителя в находке.