Виктор де Касто - PRO Антиматерию

Гамма-лучи не оставляют непосредственных следов. Они чем-то похожи на человека-невидимку, придуманного Гербертом Уэллсом – они выдают себя, на что-то наталкиваясь, как герой Уэллса сталкивался с людьми. Именно так Скобельцын и решил их поймать. Невидимые гамма-лучи выбивали электроны из атомов в камере Вильсона, их следы Скобельцын мог видеть, а по ним надеялся получить и доказательства по гамма-лучам.

Камера Вильсона – один из первых в истории приборов для регистрации следов заряженных частиц. За это изобретение Чарльзу Вильсону присуждена Нобелевская премия (1927)

Это сработало – и даже слишком хорошо. Гамма-лучи оказались настолько мощными, что в дополнение к выбиванию электронов из газа они также выбивали их и из стенки камеры, что мешало замерам, которые пытался сделать Скобельцын. Затем ему пришла в голову идея избавиться от нежелательных электронов, поставив камеру между двумя полюсами большого магнита. «Облака» внутри стали менее густыми, видимость стала лучше, и это открыло нечто совершенно неожиданное: казалось, что магнит заставляет некоторые «электроны» отклоняться «не в ту сторону».

Сегодня мы знаем, что Скобельцын видел позитроны, положительно заряженную «анти»-версию электрона. Но ничто из этого не ожидали увидеть в 1923 году. Аномальные следы ставили в тупик и также отвлекали ученого от исследований.

Новость об этих следах распространилась в научном сообществе, и через пять лет Скобельцын решил показать их на международной конференции в Кембридже. Все удивились так же, как был удивлен он, но никто не мог предложить объяснения. Удивительно то, что он демонстрировал все это в 1928 году в Кембридже, в тот же год и там же, где Дирак выступит со своим теоретическим предсказанием существования позитронов, следы которых будут напоминать электроны, «направляющиеся не в ту сторону». Однако поскольку никто в то время не имел оснований ожидать, что позитроны существуют, да еще и проявятся в эксперименте Скобельцына, Нобелевскую премию он, можно считать, упустил.

Точных данных о том, присутствовал ли Дирак на этой конференции, нет. Но скорее всего не присутствовал – он же был математиком, и только в дальнейшем выяснилось, что его работа имеет значение для космических лучей. Вероятно, Дирак даже не знал о находках Скобельцына.

Роберт Милликен (1868–1953) – американский физик. Экспериментально проверил квантовую теорию фотоэффекта Эйнштейна и определил численное значение постоянной Планка. Международный астрономический союз присвоил имя Милликена кратеру на обратной стороне Луны

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.