Рассказывает радиоуглерод

Уже многие годы известен электроскоп. Он служит для обнаружения электризации и сделан чрезвычайно просто (его описание можно найти в любом учебнике физики) — это металлический стерженек, к которому прикреплены легкие листочки. Если к стерженьку прикоснуться наэлектризованным телом, листочки получат одноименный заряд и, оттолкнувшись друг от друга, разойдутся. И разойдутся тем больше, чем сильнее наэлектризовано тело.

Зарядим электроскоп и оставим его в таком состоянии. Через некоторый промежуток времени его листочки опадут сами по себе. Но отчего? Может быть, где-нибудь вблизи есть неизвестный нам радиоактивный источник? Если это так, то следует попытаться экранировать электроскоп, спрятать его в толстостенный свинцовый ящик и посмотреть, что получится.

Именно так и рассуждали ученые, заинтересовавшиеся этим явлением. Но, увы, даже самые толстые экраны не могли защитить электроскоп. Какая-то таинственная радиация все равно разряжала его. Но где «спрятан» источник излучения? Естественно было бы предположить, что он находится под землей, ведь все радиоактивные элементы добывают именно оттуда.

Эту гипотезу легко было проверить — поднять электроскоп на воздушном шаре. Тогда толща воздуха поглотит часть излучения, идущего от почвы, ослабит его, и разрядка электроскопа будет происходить значительно медленнее. Такой опыт, только с более сложной аппаратурой, и поставил в 1911 году австрийский физик Виктор Франц Гесс. Однако полученный им результат ничего не объяснил, а скорее, наоборот, озадачил исследователей. На высоте пяти километров над Землей излучение было в тридцать раз сильнее, чем на уровне моря. Дальнейшие опыты с неумолимым постоянством показывали — излучение приходит откуда-то сверху. Поэтому Гесс назвал его «высотными лучами».

К сожалению, это открытие прошло незамеченным. Им не заинтересовались. Даже более того, нашлись скептики, сомневавшиеся в существовании высотных лучей, считавшие, что это всего-навсего ошибка эксперимента.

И все же некоторые энтузиасты отнеслись к лучам весьма серьезно и пытались разгадать их природу. Советский ученый Л. В. Мысовский пытался «спрятаться» от них под толщей воды. Но таинственное излучение регистрировалось даже на глубине в сотни метров.

В 1925 году американский физик Роберт Эндрюс Милликен предложил переименовать высотные лучи в «космические», что более соответствовало их сути. Это название прижилось, им пользуются и сейчас. В 1928 году ленинградский профессор Д. В. Скобельцын при помощи камеры Вильсона получил первые фотографии траекторий космических лучей. Мистические лучи стали реальностью. И все же они во многом оставались загадкой.

Наиболее вероятным казалось, что космические лучи — это либо двигающиеся с чрезвычайно большой скоростью частицы света — фотоны, либо тяжелые заряженные частицы. Но как это узнать?

Наша Земля — огромный магнит, северный и южный полюса которого лежат в полярных областях. Между ними «натянуты» силовые линии. Они сходятся, как бы втыкаясь в Землю у магнитных полюсов, и широко расходятся в тропиках. Попав в их поле, заряженные частицы отклоняются. Однако некоторые особо «энергичные» из них могут пробить этот щит Земли и долететь до поверхности нашей планеты. Так как магнитное поле слабее к полюсам, то количество таких прорвавшихся к Земле частиц должно увеличиваться по мере удаления от экватора.

Подчеркнем, что это происходит лишь в том случае, если космические лучи состоят из заряженных частиц. Если же лучи — потоки фотонов, то их количество по всей планете, независимо от географической широты, должно быть одинаково. Вот это и предстояло выяснить.

Ответ дали англичанин Комптон и голландец Клей. Им удалось обнаружить, что под влиянием земного магнитного поля интенсивность космических лучей изменяется. Вблизи экватора она была на десять процентов слабее, чем у полюсов. А раз так, значит, приходящие из космоса частицы имели заряд и, следовательно, не могли быть фотонами.

Одна загадка была решена, но, как и бывает в таких случаях, сразу же возникла другая: какой заряд имеют космические частицы? Здесь свой вклад в копилку знаний внесли итальянцы. Бруно Росси высказал идею, что в зависимости от знака заряда космические лучи, взаимодействуя с геомагнитным полем, будут отклоняться по-разному. Если это положительные частицы, то у исследователя будет создаваться впечатление, что их больше приходит с запада, а для отрицательных — наоборот.

Эта гипотеза была, естественно, проверена, и к 1935 году уже многое о таинственном «высотном излучении» Гесса стало известно. В научных статьях появилась их точная «рецептура» — смесь положительных частиц-протонов (их до 90 %) с небольшим количеством ядер гелия — альфа-частиц. Совсем редко, но все же встречаются там ядра и более тяжелых элементов: углерода, азота, железа.