Андрей Гришаев - Этот «цифровой» физический мир

С появлением более совершенных счётчиков, в частности, сцинтилляционных, эксперименты по уточнению «угловых корреляций» излучения аннигиляции были продолжены. Используя всё ту же идеологию регистрации совпадений, работали с излучением аннигиляции из различных образцов: непосредственно из активированных опилок Cu 64[Д7], из кварца [П1], из металлических фольг [Л3], из различных, в том числе диэлектрических, твёрдых веществ [П2] и даже из сжатых газов [Х1]. Но было здесь и важное методическое новшество: чтобы больше не нарываться на казус с не-уменьшением скорости счёта совпадений при отходе от «правильной» геометрии противоположного разлёта квантов, область аннигиляции стали прикрывать свинцовыми экранами, в которых делали отверстия для выхода квантов лишь двумя узкими противоположно направленными пучками. На эти-то пучки и «сажали» детекторы. Вот теперь, если сдвигали детектор в сторону от пучка, число его срабатываний уменьшалось, и, соответственно, уменьшалось число срабатываний схемы совпадений. Вот теперь всё выглядело так, будто продукты аннигиляции разлетались в согласии с предсказаниями высокой теории! Кстати, эта прогрессивная методика используется до сих пор. Вы, дорогой читатель, не представляете – как она веселит детей! «Это я тоже, - заливался один, - поставлю лампочку в ящик с двумя дырочками и докажу, что лампочка даёт лишь два узких лучика!»

Само собой, если такими способами имитировали согласие с традиционными представлениями об аннигиляции, то, конечно, пренебрегали элементарными подстраховками своих выводов. Например, можно было легко убедиться в том, что регистрируемые совпадения были случайными, а не скореллированными [Г4]. Или можно было «посадить» счётчики на пучки гамма-квантов, выпускаемые далеко не в противоположных направлениях. Такая проверка поставила бы крест на традиционной модели двухфотонной аннигиляции, так как схема совпадений исправно работала бы. Мы говорим об этом с уверенностью, поскольку подобный эксперимент, к счастью, был невольно проделан.

Речь идёт об эксперименте [С2], где, как полагают, исследовалась аннигиляция позитронов «на лету». Пучок релятивистских позитронов направлялся на полимерную плёнку, где происходила аннигиляция позитронов с атомарными электронами. Целью эксперимента была проверка второго постулата специальной теории относительности – о независимости скорости света от скорости движения источника – через сравнение, с помощью схемы совпадений, пролётных времён у пары γ-квантов, рождаемой при аннигиляции «на лету». По логике экспериментатора, роль источника в данном случае играл центр масс пары электрон-позитрон, который двигался со скоростью в половину скорости света. При этом пара квантов аннигиляции, якобы, должна разлетаться не вполне в противоположных направлениях: с учётом релятивистских трансформаций пространства, детекторы были установлены в направлениях под углами 20 и 135 к падающему пучку. В результате, никакой разницы для пролётных времён γ-квантов, «летящих» в этих направлениях, обнаружено не было. Но следует обратить внимание на то, что спектр аннигиляционного излучения – даже из образцов, бомбардируемых быстрыми позитронами – практически не имеет допплеровского уширения [Д5]. Это объясняют тем, что быстрые позитроны, при влёте в конденсированную среду, эффективно тормозятся до тепловых скоростей, и лишь затем аннигилируют [Д5]. Значит, в эксперименте [С2] детекторы регистрировали кванты аннигиляции, излучаемые практически неподвижными источниками, и полученный там результат мало пригоден для подтверждения второго постулата специальной теории относительности. Но зато этот результат говорит о другом: схема совпадений исправно работает, когда детекторы регистрируют кванты аннигиляции, излучённые покоящимся источником отнюдь не в противоположных направлениях. Этот факт полностью обесценивает результаты экспериментов с противоположно направленными пучками излучения аннигиляции – которые, стало быть, ничуть не доказывают справедливость традиционной двухфотонной модели. Спрашивается: если скоррелированные пары квантов аннигиляции обнаруживать не удаётся – то не означает ли это, что, как мы говорили выше, одна аннигиляция даёт один квант, с образованием предельно связанной пары?

В этом месте ортодоксы выкладывают свой последний козырь: мол, если одна аниигиляция давала бы один квант, то не работали бы позитрон-эмиссионные томографы – а они, мол, помогают спасать жизни пациентам! Ну, ну. Это делается примерно так. В вену пациента, жизнь которого предполагается спасти, вводят дозу – раствор, содержащий β +-радиоактивный изотоп с подходящим периодом полураспада (полчаса, например) и со свойством аккумулироваться, скажем, в тканях головного мозга. Из этих тканей начинает выходить излучение аннигиляции. Его регистрируют детекторами, которыми утыкано кольцо, в центр которого помещают объект исследования. Компьютер регистрирует срабатывания пар противоположных детекторов – если эти срабатывания почти совпадают во времени. Сканирование объекта, таким образом, основано на допущении о том, что одна аннигиляция электрона и позитрона даёт два гамма-кванта, которые разлетаются в противоположных направлениях. Но верность этого допущения, при таком режиме сканирования, отнюдь не доказывается. Ибо, если одна аннигиляция даёт один квант, то, чем больше квантов будет лететь из области сканирования, тем больше будет зарегистрировано и «совпадений» - причём, каких хотите. В этом легко убедиться. Мы предлагали слегка модифицировать программу обработки – чтобы регистрировались одновременные срабатывания пар детекторов, сидящих на кольце не противоположно друг другу, а, скажем, разнесённых на 90 о. Томограф, на наш взгляд, «работал» бы с неменьшим успехом. Но кто же из этих «спасателей жизней» будет сам себя выводить на чистую воду?

Что касается рождения электрон-позитронных пар, то теоретики полагают, что в эту пару может самостоятельно превратиться достаточно энергичный гамма-квант. Но на практике оказывается, что для такого «превращения» непременно требуется тяжёлое ядро. Тогда проще допустить, что гамма-квант возбуждает ядро, которое затем испытывает сразу два бета-распада – с выстреливанием электрона и позитрона.

Но мы полагаем, что имеет место ещё один сценарий, который выглядит как «рождение» пары электрон-позитрон: это диссоциация предельно связанной пары. В самом деле, достаточно энергичное воздействие на предельно связанную пару должно приводить к разрыву связи и к освобождению электрона и позитрона. Но свободный позитрон при первой же возможности вновь свяжется со свободным электроном – аналогично тому, как ион и электрон при первой же возможности рекомбинируют, образуя нейтральный атом.