Загадки микромира

Недаром в финале копенгагенского «Фауста», написанного учениками Н. Бора и исполненного на «капустнике», завершившем конференцию теоретиков в 1932 году, Мефистофель говорил:

Эксперимент — как откровенье:
Пусть в нем теорий ни крупицы,
Зовет нас к новым размышленьям
Природы новая страница.

Большая наука

И вольтажом любого напряжения,

И дальним рубежом воображения

Я выбираю будущее в груде

Еще никем не изданных орудий.

П. Антокольский

Раньше и теперь

В чем тайна «ремесла» современных физиков-экспериментаторов?

Раньше далекий от науки человек мог, стоя за спиной Резерфорда, легко представить себя участником открытия атомного ядра, наблюдая за редкими вспышками-звездочками на сцинтилляционном экране. Ну так же, как, следя за работой чеканщика, мы можем вообразить себя его соучастниками, потому что видим все его последовательные операции.

Чедвик в решающем эксперименте открытия нейтрона использовал один-единственный прибор — ионизационную камеру. Появление электрического импульса на ее выходе соответствовало попаданию в камеру заряженного протона. Наглядность опыта здесь меньше, чем при работе со сцинтилляционным экраном, но все же достаточно большая. Стоило отнести в сторону источник альфа-частиц или убрать расположенный перед камерой кусок парафина, из которого вылетали протоны, выбитые нейтронами, и механический счетчик замолкал.

Э. Резерфорд делал великие открытия с помощью примитивного оборудования, которое зачастую сам же и изготовлял чуть ли не из консервных банок. Физики тогда работали не с ускорителями — их еще не было, — а с радиоактивными источниками, имея дело максимум с двумя сортами частиц. И какие это были «удобные» частицы! Стабильные, как электроны и протоны, или долгоживущие, как нейтроны. Их регистрация не доставляла никаких затруднений: они отличались друг от друга по степени производимой ионизации. Даже новичок без труда отличил бы альфа-частицу от электрона по величине импульса из ионизационной камеры.

Но простота экспериментов начала века была кажущейся. При всей примитивности оборудования опыты по открытию атомного ядра и элементарных частиц были невероятно трудны тем, что связывались с самыми первыми шагами в исследовании микромира. Материя неожиданно представала перед учеными в совершенно новом качестве. Трудно было ориентироваться без компаса-теории в этом безбрежном океане непознанного. Квантовая механика только нарождалась, а о теории элементарных частиц еще не было и речи. Проложить правильный курс в этих сложнейших условиях было под силу лишь крупнейшим физикам нашего столетия.

Теперь центр тяжести в экспериментальной физике высоких энергий переместился скорее в воплощение уже известного по идее эксперимента. Исследуемые объекты так сложны, что «простых» методов для их изучения просто не существует. Сейчас любой эксперимент в физике высоких энергий настолько же сложнее первоначальных, насколько атомные часы сложнее солнечных. И работа физиков-экспериментаторов давно уже утратила привлекательность первоначальной простоты.

Только в памяти ветеранов науки остались те, не такие уж далекие времена, когда «судьбу физического эксперимента решал один хороший стеклодув, а наличие в лаборатории токарного станка считалось основанием для оптимистических прогнозов».

Создание уникальной установки — а именно такой и является современная «рядовая» установка — требует огромных материальных ресурсов. Ее стоимость достигает нескольких миллионов рублей. Поэтому каждая работа, которую проводят, например, на Серпуховском ускорителе, прежде всего обсуждается на ученом совете Института физики высоких энергий. И только после полученного «добро» экспериментаторы непосредственно приступают к созданию необходимой установки.

А это, прямо скажем, задача чрезвычайной трудности. И решить ее могут только те, кто владеет главной тайной своего ремесла, кто сочетает большие знания о свойствах и поведении элементарных частиц с высоким экспериментальным мастерством.

Купание в жидком водороде

Проверка теоремы Померанчука с помощью ка-ноль-мезонов (цель эксперимента) не гениальное открытие, а, как сказал руководитель группы И. Савин, «совершенно прозрачная вещь. Больше пятнадцати лет назад, как только была понята природа этих частиц, стало ясно, как с их помощью можно проверить основы теории. Но предполагаемый эксперимент был столь сложен, что лишь современный уровень развития экспериментальной техники сделал эту идею практически выполнимой».