Виктор де Касто - PRO Антиматерию

Классическая фотография (ок. 1930 г.) получена в опыте Блэкетта, где радиоактивный источник помещен в камеру Вильсона, наполненную смесью газов. Эту реакцию можно описать как захват ядра гелия ядром азота, который превращается при этом в короткоживущий изотоп фтора, мгновенно распадающийся (с высвобождением энергии) на кислород и протон. На фото полностью виден трек протона – без преувеличения можно сказать, что вероятность наблюдения такого трека не превышает одной миллионной

Если раньше у Блэкетта получалась одна успешная фотография из двадцати, то теперь результат показывали четыре из пяти! Первые фотографии этим методом были сделаны в июне 1932 года, а к концу осени у исследователей набралось уже около тысячи снимков. Они обратили внимание на то, что ряд следов, которые на первый взгляд казались электронами, на самом деле отклонялись не в ту сторону в магнитном поле. Блэкетт обсудил этот вопрос с Дираком.

Дирак не только не воскликнул «Эврика!», но даже и «Позитрон!», хотя это было доказательством его теории. Но этого не произошло. Почему-то Блэкетт с Дираком не смогли сделать должный вывод. Возможно, это объясняется осторожностью Дирака (или Блэкетт не смог оценить глубину теории Дирака, или просто не воспринимал ее достаточно серьезно). Но как бы это ни объяснялось, Блэкетт с Дираком расстались, и ни один из них не осознал до конца истины, которая была у них перед глазами. Как незадолго до них Скобельцын упустил Нобелевскую премию, так и Блэкетт с Оккиалини не заметили, какое открытие совершили. И только услышав об открытии Карла Андерсона, они наконец поняли, что обнаружили.

Карл Дэвид Андерсон (1905–1991) – американский физик-экспериментатор, открывший позитрон и удостоенный за это Нобелевской премии по физике (1936). Разделил премию с Виктором Гессом, открывшим космические лучи и доказавшим их внеземное происхождение

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 = mc 2подразумевает, 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.

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.