«Эврика» 1962. НЕИЗБЕЖНОСТЬ СТРАННОГО МИРА

Нейтрино

Это маленький пример могущественного союза опыта и теории. Даже отсутствие следа в туманной камере полно значения! Там, где мы не видим решительно ничего, физик видит мысленным взором улетающую частицу. У физиков есть забавы, соль которых понятна только им одним.

Рассказывают, что однажды в 1960 году на теоретическом семинаре в Копенгагене у Нильса Бора известный теоретик Ганс Бёте в шутку продемонстрировал совершенно черный снимок — без единого туманного следа! — и сказал: «Ясно, что здесь летела нейтральная частица, которая распалась затем на две новые нейтральные... Экспериментаторам тут, конечно, нечего сказать, но мы, теоретики, должны подумать над этим замечательным снимком...» Все засмеялись* хотя, наверное, все вспомнили, что ведь нечто похожее лет три* дцать назад и впрямь случилось в истории открытия «первооснов».

Так элементарная частичка нейтрино стала жить в воображении физиков на четверть века раньше, чем удалось окончательно убедиться, что она живет еще и в природе, то есть действительно существует, А сначала ученые попросту выдумали ее как третье тельце для баланса по законам сохранения. Вот как это было.

...Многие радиоактивные элементы испускают альфа-лучи —ядра гелия. А многие — бета-лучи. Это обычные электроны. Что проще рассматривать бета-распад так же, как альфа-распад: ядро расстается с электроном, как ружье с пулей! Но обнаружилось, что пули-электроны, грубо гово« ря, летят, как им заблагорассудится, и ядра отдачи «отдают в плечо» нэ так, как полагалось бы при обычных выстрелах.

Недавно умерший выдающийся физик нашего времени швейцарец Вольфганг Паули, изучая бета-распад, .понял, что тут замешано третье тело! В 1931 году он «выдумал» новую пулю крошечного калибра, которая должна вместе с электроном вылетать из ядра,. Через два года великий итальянец Энрико Ферми, создавая теорию бета-распада, назвал эту призрачную пулю Паули ласковым словечком «нейтрино» — маленький нейтрон, нейтрончик: она ведь нейтральна.

Кстати уж стоит сказать (в путевых заметках обычно все кстати), что у Энрико Ферми были особые причины относиться ласково к ядерной элементарной частице — нейтрону, открытому в 1932 году англичанином Джемсом Чэдвиком.

Но прежде надо заметить, что, по общему мнению ученых, Ферми был едва ли не единственным в мире физиком- атомником, в котором гений экспериментатора соединялся с гением теоретика. Он был теоретиком с головы до ног и экспериментатором с ног до головы. В воспоминаниях его жены есть забавный эпизод:

«...Несмотря на теоретические указания Энрико, как нуж-^ но поддерживать огонь в топке, температура у нас в комнатах не подымалась выше 8°. Я стала поговаривать о зимних рамах. Энрико... уселся у себя в кабинете и погрузился в длиннейшие вычисления... Результаты получились обескураживающие: проникновение холодного воздуха извне настолько ничтожно, что зимние рамы никакой помощи не окажут. Только спустя несколько месяцев Энрико дал согласие на покупку рам. Он пересмотрел свои вычисления и обнаружил, что не туда поставил запятую в десятичной дроби».

Одцако среди физиков он слыл непогрешимым.

Тогда же, когда разрабатывал он теорию бета-распада радиоактивных атомов, его мысль уже занимали многообещающие опыты с нейтронами. Он решил бомбардировать ими все химические элементы подряд и скоро обнаружил, что многие атомные ядра, захватывая нейтроны, теряют свою устойчивость. Они становятся искусственно радиоактивными. Такую радиоактивность открыли незадолго до этого' Ирен и Фредерик Жолио-Кюри, так что, казалось бы, уже нечему было удивляться. По простой и очевидной логике считалось: чем энергичней бомбардирующие* частицы, тем вероятней, что они заставят атомы стать неустойчивыми. Но в римской лаборатории Ферми открылось, нечто прямо противоположное: замедленные нейтроны вызывали больший эффект, чем быстрые. Это выглядело чудом.

Первым заметил «чудо» молодой Бруно Понтекорво. Ему было тогда 25 лет. Впрочем, в римской лаборатории в ту пору все были такими же молодыми, как и ядерная физика. Даже самому «папе» — Энрико Ферми — было немногим больше тридцати. И экспериментировали там весело — с молодой нетерпеливостью и находчивостью, очень по-итальянски.

По-итальянски? Нет, вряд ли это был национальный стиль. Теперь, когда Бруно Понтекорво стал для своих коллег Бруно Максимовичем Понтекорво, „ членом-корреспондентом Академии наук СССР, ученым с мировым именем, он — руководитель тонких экспериментальных работ в одной из лабораторий Дубны — может видеть вокруг себя те же черты гибкой веселой изобретательности советских молодых ученых-атомников, для которых он уже сам теперь «папа». Это -интернациональные черты молодости в науке, когда исследователи полны сознания, что они делают историю и верят в будущее.

Осенью 1934 года Энрико Ферми вместе с Бруно Понтекорво и другими учениками опускал источник нейтронов и облучаемый ими цилиндрик из серебра в бассейн с золотыми рыбками. Там, у старого фонтана в саду за стенами лаборатории, Ферми убедился, что вода прекрасно замедляет нейтроны. А он уже понял, что медленные нейтроны легче захватываются атомами просто потому, что они медленнее пролетают мимо ядер, то есть дольше соседствуют с ними. Он еще не знал тогда, что при захвате таких нейтронов становятся как бы вдвойне радиоактивными ядра урана. Не знал, что они делятся почти пополам, выпуская на волю огромную энергию внутриядерных связей. Он еще не догадывался, что в этих опытах у римского фонтана закладывает акспериментальную основу будущих атомных реакторов.

Но, согласитесь, у него были основания питать нежные чувства к чнейтронам. И недаром призрачная * пуля Паули получила из его уст трогательное имя «нейтрончик» —• нейтрино.

А через четверть века, в 1956 году, нейтрино вдруг стало героем дня — с ним связались взбудоражившие ученых новые события в науке об элементарных частицах. Так разве не ясно, что физик в самом Деле имел право улыбнуться в ответ на наше недоумение: что может дать знанйе какого- то там импульса? Но был у него и еще один повод для улыбки — менее замысловатый, но не менее существенный.

Когда вам говорят — площадь комнаты такая-то, что можно сказать о ее длине и ее ширине? Ничего определенного: комната может быть квадратной, а может быть похожей на коридор. Вот так и импульс — произведение массы на скорость: его значение ничего не говорит о массе и скорости по отдельности.

Но, к счастью, есть еще одна легко измеримая величина, зависящая от скорости и массы частицы: энергия ее движения. Узнать бы еще энергию! Тогда сразу раскроет частица оба своих «секрета» — и массу и скорость. Природа ведь и вправду вовсе не держится за свои тайны, она готова разбазаривать их налево и направо, рассказывать когда угодно и кому угодно — нашелся бы умеющий слушать и понимать- Говоря о «секретах» частицы, мы признаемся, сами того не замечая, только в своей «глухоте» и «нерасторопности». Нужны два -уравнения, чтобы определять два неизвестных: скорость и массу. Величина импульса наполовину решает дело: она дает одно уравнение. Энергия может дать другое.

Надо услышать, что рассказывают про свою энергию со сцены туманной камеры космические частицы. Там они выступают перед исследователями как строители тоннелей из тумана. Кривизна тоннеля зависит от импульса. А массивность и длина? Очевидно, от затрат энергии, на какие способна частица, от ее энергетических ресурсов и от ее щедрости.

Около тридцати электроновольт нужно потратить частице на создание пары ионов в камере Вильсона. Частице приходится работать в пути, чтобы возникали центры тумано- образования! Но когда силы ее иссякают, она останавливается, обрывается туманный след.