PRO Антиматерию

Но, к счастью, они могли предложить больше, чем Скобельцын и Андерсон в своих неточных и неустойчивых экспериментах. На многих фотографиях было видно до двадцати следов, оставленных частицами, которые выходили из какой-то точки на медной пластине, расположенной сразу же над камерой, словно вода из душа. Сильное магнитное поле во всей камере отклоняло треки, показывая, что примерно половина частиц заряжены отрицательно, а остальные – положительно. Блэкетт и Оккиалини поняли, что позитроны не появляются на Земле естественным образом. Появление равных количеств позитронов и электронов должно происходить потому, что они производятся некоей невидимой космической радиацией с большим количеством энергии. То есть позитроны формируются в результате столкновений космических лучей и атомов в камере Вильсона.

Камера, с которой работали ученые, имела стеклянные стенки в медной обшивке, и ливни были результатом ударов космических лучей о металл. Таким образом, одного электрона в космическом луче достаточно для получения каскада электронов и позитронов. Сильные электрические поля внутри атомов меди заставляли проходящие электроны излучать гамма-лучи и обеспечивали достаточное количество энергии этим гамма-лучам. Они в свою очередь обеспечивали пары электронов и позитронов. Уравнение Альберта Эйнштейна E = mc² подразумевает, что энергию (Е) можно превратить в массу (m) – радиацию в материю – а Блэкетт с Оккиалини впервые продемонстрировали создание материи и антиматерии из радиации. Они доказали, что новая частица Андерсона не является каким-то странным внеземным пришельцем, вторгающимся на чужую территорию.

Ироничным в этой драме является то, что Блэкетт с Оккиалини чуть не опередили Андерсона, а ведь вся слава могла достаться им. Андерсону было трудно убедить своего учителя Милликена в том, что он обнаружил положительную версию электрона, а не просто видел протоны. Работа Блэкетта и Оккиалини доказала, не оставив никаких сомнений, что это так, и Милликен с неохотой согласился с правотой Андерсона. А последний оказался достаточно смелым, чтобы опубликовать результаты своей работы в 1932 году несмотря на скептицизм Милликена. И его декабрьская публикация опередила появление работы Блэкетта и Оккиалини в феврале 1933 года. Поэтому первооткрывателем позитрона и считается Карл Андерсон.

Позитроны на Земле

После того как Поль Дирак указал путь, а новость об открытиях Андерсона, Блэкетта и Оккиалини быстро распространились в научном мире, позитроны стали появляться тут и там. Физики просматривали старые фотографии, сделанные в камерах Вильсона, и находили доказательства существования позитронов, которые раньше упускали. Многие, если бы обладали достаточной смелостью, смогли бы вписать свои имена в анналы истории и науки вместо Андерсона. Среди тех, кто упустил позитрон, можно назвать Ирен Жолио-Кюри, дочь Марии Кюри, и ее мужа Фредерика Жолио. Фредерик Жолио уже упустил одну Нобелевскую премию, хотя первым получил нейтроны в январе 1932 года и ошибочно принял их за гамма-лучи. Теперь они поняли, что также упустили и позитрон. Андерсон получил Нобелевскую премию за свое открытие в 1936 году. Однако в дальнейшем Кюри и Жолио повезло, и они удостоились Нобелевской премии по химии в 1935 году за получение недолговечных радиоактивных ядер. Одним из применений их работы является производство ядер, которые спонтанно эмитируют позитроны.

Естественную радиоактивность солей урана открыл Антуан Анри Беккерель (1852–1908) в 1896 году и получил Нобелевскую премию совместно с родителями Ирен Жолио-Кюри. Он обнаружил, что ядра атомов урана могут спонтанно меняться. Сегодня мы знаем: это происходит из-за того, что нейтрон в ядре превращается в протон, а электрический заряд в целом уравновешивается эмиссией отрицательно заряженного электрона. После открытия позитрона было естественным предположить, что может произойти ядерный распад, при котором протон превращается в нейтрон, а электрический заряд забирает позитрон.

Появилась идея о том, что радиоактивность может давать позитроны с такой же легкостью, как и электроны. Главная практическая разница между ними заключается в том, что происходит потом. Электрон после выбрасывания может двигаться как электрический ток или присоединиться к танцу планетарных электронов в соседних атомах, что инициирует химические реакции и бесконечные другие приключения в будущем Вселенной. В отличие от него позитрон – чужой на нашей Земле, он недолго живет в этом мире. Он оказывается окруженным материей, в которой содержится множество отрицательно заряженных электронов. И один из этих электронов мгновенно встает в пару с позитроном в космическом роковом танце. В течение микросекунды происходит аннигиляция – то есть взаимное уничтожение. Именно это в последние годы стало ключом практического использования позитронов.