Уолтер Левин - Глазами физика. От края радуги к границе времени

Моя работа была чрезвычайно захватывающей: радиоактивные изотопы распадались буквально у меня в руках. Кроме того, она была очень интенсивной. Период полураспада изотопов, с которыми я работал, обычно составлял всего один, максимум несколько дней. Скажем, период полураспада золота-198 – чуть больше двух с половиной дней, так что работать приходилось очень быстро. Я мчался из Делфта в Амстердам, где находился циклотрон, производящий эти изотопы, а затем несся обратно в лабораторию в Делфте. Там я растворял изотопы в кислоте, чтобы получить их в жидком виде, жидкость наливал на тончайшую пленку и помещал в детекторы.

Мне необходимо было проверить теорию ядерного распада, которая говорит о взаимосвязи между гамма-излучением и испусканием электронов из ядер, а эта работа требовала очень точных измерений. Она уже была проделана в отношении целого ряда радиоактивных изотопов, но некоторые недавние измерения несколько отличались от положений вышеупомянутой теории. Тогда-то мой научный руководитель профессор Аалдерт Уапстра и предложил мне найти виновного – либо теория, либо измерения. Это показалось мне чрезвычайно интересным – все равно что собирать фантастически сложный пазл. Трудность задачи, однако, заключалась в том, что мои измерения должны были быть гораздо точнее сделанных до меня другими исследователями.

Из-за крайне малого размера электронов некоторые ученые считают, что в действительности их нельзя измерить: вообще-то они меньше одной триллионной сантиметра в сечении, да и длина волн гамма-излучения меньше миллиардной доли сантиметра. И все-таки физика дала мне в руки инструменты, чтобы обнаружить и измерить их. Это еще одно качество, за которое я люблю экспериментальную физику: она позволяет прикоснуться к невидимому.

Для получения нужных данных я должен был проводить измерения как можно дольше, ведь чем больше замеров я делал, тем точнее были результаты. Случалось, я работал по шестьдесят часов подряд, иногда без сна, и даже стал немного одержим работой.

Для физика-экспериментатора точность – это все. Точность – единственное, что имеет значение. Измерение без указания степени точности просто бессмысленно. Эта простая, мощная и абсолютно фундаментальная идея игнорируется практически во всех вузовских учебниках физики. Точность измерений критически важна в очень многих областях человеческой жизни.

В работе с радиоактивными изотопами добиться нужной степени точности было очень сложно, но результаты, получаемые мной на протяжении трех-четырех лет, становились все лучше и лучше. После усовершенствования детекторов они начали выдавать очень точные данные. Я подтвердил теорию ядерного распада и опубликовал свои выводы, а итогом моей работы стала докторская диссертация. Особенно меня тешила мысль, что мои выводы были ясными, точными и убедительными, что, поверьте, бывает довольно редко. Зачастую в физике, как и в науке в целом, результаты неочевидны. Мне же посчастливилось прийти к твердому и однозначному выводу. Сложив этот пазл, я создал себя как физика, а также помог составить «карту» доселе неизведанной территории субатомного мира. Мне было всего двадцать девять, и я был счастлив оттого, что внес в науку весомый вклад. Конечно же, не каждому суждено стать автором фундаментальных научных открытий, таким как Ньютон или Эйнштейн, но в науке есть еще немало сфер, которые нуждаются в изучении.

Мне очень повезло: получение ученой степени совпало с новой эрой открытий в области природы Вселенной. Астрономы совершали новые открытия чуть ли не каждый год. Одни в поисках водяных паров изучали атмосферу Марса и Венеры. Другие обнаружили вокруг Земли кольца энергетически заряженных частиц, удерживаемые магнитным полем, – теперь мы зовем их поясами Ван Аллена. Третьи выявили огромные, мощнейшие источники радиоволн, известные сегодня как квазары – квазизвездные источники радиоизлучения. В 1965 году было открыто космическое микроволновое фоновое (реликтовое) излучение – следы энергии, высвободившейся после мощного взрыва, что служит убедительным доказательством теории Большого взрыва, в результате которого образовалась наша Вселенная. Прежде эта теория считалась неоднозначной и противоречивой. А вскоре после этого, в 1967 году, астрономы обнаружили еще и новую категорию звезд, названную пульсарами.

Конечно, я мог бы продолжать работать в области ядерной физики, ведь там в те времена происходили великие открытия. Работа исследователей в основном тяготела к охоте на стремительно растущий «зоопарк» субатомных частиц; самые главные из них сегодня называются кварками, и, как оказалось, они служат строительными блоками для протонов и нейтронов. Поведение кварков разнообразно и непредсказуемо, поэтому, чтобы классифицировать их, физики присвоили им определения, на научном жаргоне ароматы: верхний (up), нижний (down), странный (strange), очарованный (charm), самый верхний (top), самый нижний (bottom). Открытие кварков стало одним из тех прекрасных моментов в науке, когда чисто теоретическая идея подтверждается экспериментально. Сначала теоретики предсказали существование кварков, а затем экспериментаторам удалось их обнаружить. Эти частицы оказались весьма экзотическими и показали ученым, что материя в своих базовых основах неизмеримо сложнее, чем считалось раньше. Например, теперь нам известно, что протоны состоят из одного верхнего и одного нижнего кварка, удерживаемых вместе мощной ядерной силой в виде еще одних странных частиц – глюонов. Недавно теоретики подсчитали, что масса верхнего кварка составляет около 0,2 процента массы протона, а масса нижнего кварка – около 0,5 процента массы протона. Это вам не старое доброе ядро атома!

Я и сейчас уверен, что исследовать «зоопарк» субатомных частиц невероятно увлекательно, но, по счастливой случайности, приобретенные мной при измерении излучения ядра навыки чрезвычайно пригодились для исследования Вселенной. В 1965 году профессор Бруно Росси из МТИ пригласил меня работать в области рентгеновской астрономии, абсолютно новом в то время направлении, основанном им всего несколько лет назад, в 1959 году.

Приход в МТИ – лучшее, что могло со мной случиться в жизни. Работа Росси в области космических излучений уже тогда слыла легендой. Он возглавлял отдел в Лос-Аламосе во время войны и был первооткрывателем в сфере измерений солнечного ветра, или межпланетной плазмы. Поток заряженных частиц, выбрасываемых Солнцем, заставляет хвосты комет держать направление, противоположное Солнцу, и позволяет нам видеть такое природное явление, как полярное сияние. Позже у профессора возникла идея заняться поиском рентгеновского излучения в космосе. Это были по-настоящему пионерские работы, ведь Росси понятия не имел, найдет он там что-то подобное или нет.