Даниил Данин - Неизбежность странного мира

…Годос — по-гречески «путь», скопео — «смотрю». Череда барьеров из счетчиков на пути космической частицы в сочетании со световым табло из неоновых лампочек по праву называется годоскопом — прибором, показывающим путь частицы.

Годоскоп в магнитном поле плюс камера Вильсона — один из вариантов придуманной на Арагаце установки: магнитного масспектрометра Алиханова и Алиханяна. Вариант начала 50-х годов. Это как бы главный съемочный павильон Арагацкой физической киностудии. В его названии отражен весь смысл режиссерской работы тамошних физиков.

Весь смысл! Весь пафос, все надежды, все трудности, вся горечь, все упорство их многолетней работы.

В самом деле, импульс и энергию измеряют на Арагаце не любопытства ради, но с единственной целью — определить возможно точнее массы отдельных частиц. Попутно определяется и скорость как второе неизвестное в системе двух уравнений: импульс — энергия. И к скорости частиц у физиков интерес тоже отнюдь не праздный. Но все-таки скорость — дело второстепенное. Это не постоянное свойство частицы, а только ее богатство, которое можно с равным успехом накопить и потерять. От — скорости природа частиц не зависит: электрон остается электроном, покоится ли он или движется, как человек не становится чем-то другим оттого, что он превращается из пешехода в авиапассажира.

А вот масса покоя частицы — это свойство существенное, постоянное, ненаживное! Так же как электрический заряд, масса покоя определяет саму природу частицы. Или определяется ее природой. Почему это так — физика сегодня объяснить еще не может. Но что это несомненно так, говорит ученым весь опыт изучения микромира, все факты науки.

Разумеется, эта масса покоя относительна, как и сам покой. Остановившись в туманной камере, частица все-таки продолжает лететь вместе с Землей вокруг Солнца со скоростью 30 километров в секунду. Относительно Солнца ее масса покоя иная, чем относительно Земли. Но, измеряя энергию и количество движения частиц в лабораториях, покоящихся на Земле, физики узнают и массу земного покоя пришельцев из космоса.

Частицы сравнивают по их массе, как во времена Менделеева элементы различали по их атомным весам. Конечно, химики изучали и множество других свойств химических элементов и вовсе забывали об атомных весах, когда, скажем, говорили об одних веществах, что они металлы, а о других, что они металлоиды. Так и сегодня — физики уже многое знают про элементарные частицы, а не только величины их масс. Но когда в XIX веке открывали новые элементы, химики прежде всего отвечали на вопрос: «А каков их атомный вес?» В наши дни похожий вопрос начинает терзать физиков, едва возникает надежда, что есть еще неизвестные элементарные частицы материи: «Какова их масса покоя?»

Даже вопрос о заряде частиц отодвигается на второй план, да он и легко разрешим, Главное — «какова их масса покоя?».

Радуга — спектр. В переводе с латыни — «видимое». Основа солнечного спектра в радуге — различие в частоте электромагнитных колебаний световых лучей разного цвета. Так и говорят — «спектр частот». К чему угодно приложимо понятие спектра, лишь бы существовала ясно различимая последовательность величин одного и того же рода: «спектр скоростей», «спектр энергии», «спектр масс».

Когда в начале 40-х годов братья Алиханов и Алиханян начали с большими надеждами свои многолетние исследования состава космических лучей, они, естественно, постарались основать лабораторию в поднебесье — там, где атмосфера еще не настолько разрежена, чтобы трудно было дышать и работать, но где плотность воздуха и его поглотительная способность все же достаточно малы, чтобы на приборы падало гораздо больше космических частиц, чем в земных долинах. И так же естественно они назвали свою экспериментальную установку масспектрометром: их занимал спектр масс в потоке мельчайших пылинок вещества, приходящих на Землю из глубин мирового пространства, и в ливнях других пылинок материи, порожденных в самой земной атмосфере.

И когда мы говорили о «космических гостях», о «пришельцах из космоса», это было не столько точно, сколько красиво: в главном съемочном павильоне на Арагаце может с одинаковым правом самосфотографироваться и частица, действительно пришедшая из далекого далека и вполне земная частица, родившаяся в воздухе или даже в веществе потолка лаборатории. Как это ни странно, но для исследователей «первооснов материи» такие вторичные частицы даже интересней гостей издалека.

Почему? Да потому, что гости издалека — это уже давно — знакомые ученым атомные ядра. В подавляющем большинстве — простейшие водородные ядра, обыкновенные протоны.

Конечно, физикам не сразу стало это известно.

В двадцатых годах думали, что всепроникающие космические частицы — просто очень энергичные фотоны, иначе говоря — гамма-кванты. И только. Их называли даже ультрагамма-фотонами, и кто-то окрестил само космическое излучение ультралучами. Долго бытовало это старое название, в котором так звучно отразилось былое заблуждение исследователей.

Когда оно было опровергнуто, физики стали думать, что из космоса приходят к нам электроны, Но и такое предположение оказалось ошибочным.

До протонов очередь дошла только в сороковых годах. И в том, что ученые окончательно убедились в ядерной природе гостей издалека, была большая заслуга многих наших экспериментаторов-космиков, проводивших исследования в горах и в стратосфере.

Разумеется, космические протоны ничем не отличаются от ядер земного водорода и сами по себе они вряд ли возбудили бы острое любопытство исследователей элементарных частиц. Весь интерес, который питают к ним физики, особенно экспериментаторы, корыстного происхождения: эти протоны, залетающие к нам из космоса, совершенно бесплатно снабжены колоссальной энергией. Расходы на их ускорение взяла на себя вселенная, за что экспериментаторы ей весьма благодарны. Почти световые скорости, — те десятки, сотни, тысячи и даже миллиарды миллиардов электроновольт энергии, какими перегружены пришельцы из мировых глубин, — делают их незаменимыми участниками физических экспериментов, нечаянно проводимых самой природой в воздушном океане. Эти протоны — действительно могучий молот Космоса. Он бьет по веществу нашей атмосферы, покоящейся на Земле-наковальне. И эти удары вызывают бесценные для физиков искры ядерных превращений. И что всего ценнее — превращений самих элементарных частиц.

Вот тут-то исследователи «первооснов материи» и погружаются в область тончайшей алхимии. И знают: здесь их могут подстерегать любые неожиданности. Эти искры, эти вторичные частицы, — по правде говоря, они уже недостойны носить высокое и таинственное звание космических, — рассказывают о мире «первооснов» такие поразитёльные новости, каких никогда не смогли бы сообщить истинно космические, залетные протоны. Рождаясь в результате насильственного вторжения таких протонов в глубинную структуру материи, вторичные частицы выдают секреты этой структуры. И легко понять, почему несколько лет назад академик Д.В. Скобельцын сказал: «Я думаю, что, если проследить за историей физики в последнее время, страница, относящаяся к развитию наших знаний о космических лучах, быть может, окажется одной из наиболее интересных и увлекательных».