«Эврика» 1962. НЕИЗБЕЖНОСТЬ СТРАННОГО МИРА

Свет испускают атомы

Свет испускают атомы среды, сквозь которую прокладывает Себе путь сверхсветовая частица, а не она сама. Но она возбудитель, она первопричина этого излучения. Она расходует на него свою энергию. А раз так, то можно вслед за Таммом и Франком увидеть в свечении Вавилова — Черенкова очень оригинальное явление природы.

Представим, что излучатель световых электромагнитных волн — сама сверхскоростная частица, попадающая в удивительное положение: она движется сквозь среду быстрее, чем может двигаться там ее же собственное электромагнитное поле! Ну, скажем, наш дубенский протон, оснащенный 10 миллиардами электроновольт энергии, способен лететь сквозь воду со скоростью почти в 290 тысяч километров в секунду, а его электромагнитное поле на такой . подвиг в воде не способно: свет может пройти в воде за секунду только 225 тысяч километров. Положение и вправду удивительное — поле отстает от частицы. (Так отстают от нашего вперед устремленного тела полы плаща, когда мы очень быстро бежим. Отстают и тормозят наше движение. Они нам мешают, вынуждая напрасно тратить энергию и замедлять бег.)

Отстающее поле тормозит частицу. Она теряет энергию. Но ведь эта энергия сосредоточена в самом ее поле. И образно можно сказать, что частица теряет свое поле, теряет порциями — квантами. Она излучает свет! (Это похоже на то, как если бы мы. отрывали на бегу кусками полы плаща, дабы освободиться от этой обузы.) Так за сверхсветовой частицей появляется тот самый световой шлейф, о котором шла речь.

Когда снаряд или реактивный самолет летят со сверхзвуковою скоростью, мы слышим особый характерный свист или вой. Это их «звуковой шлейф». «Именно поэтому, — сказал Игорь Евгеньевич Тамм в своей нобелевской речи в Стокгольме, — выяснив совершенно аналогичный механизм излучения Вавилова — Черенкова... мы стали называть это явление «поющими электронами».

Там же, в Стокгольме, через двадцать с лишним лет после создания теории «поющих электронов», Игорь Евгеньевич сделал интересное признание, которое должно прозвучать для нас как утешение в нашей непонятливости. Оказывается, когда математически все уже было сделано почти до конца и верные формулы уже прочно обосновались на бумаге, ни он, ни Илья Михайлович Франк еще не могли примириться с мыслью, что электроны движутся сквозь среду быстрее света. «Как это возможно?» — спрашивали они друг друга и придумывали разные способы, «которые для нас самих сегодня уже непостижимы», — сказал Тамм в Стокгольме, — разные способы избавиться от противоречия с теорией относительности. Только на следующий день после первого их доклада о «поющих электронах» на семинаре в Физическом институте академии они «внезапно узрели простую истину», что противоречие с Эйнштейном тут совершенно мнимое: для электронов запрещена скорость света в пустоте, только в пустоте, а не в среде!

Вы видите цену подробностей; все новые и новые подробности... Поневоле вспоминается бесконечная чаплиновская макаронина, с которой невозможно справиться.

Как же быть с подробностями? Поддаваться соблазну? Тонуть? Нет, зарок был уместен. И если сейчас придется его снова нарушить, то лишь потому, что надо все-таки досказать, как определяют физики энергию космических частиц, как они узнают их скорость и массу.

Туманный след в камере Вильсона — это история энер« гетического расточительства частицы. Если она останавливается и след ее обрывается, значит она дошла до полной нищету. Так по длине и массивности тоннеля из тумана можно судить, во что обошлось частице путешествие по камере — какова была ее энергия движения в момент появления на сцене.

А если частица.не остановилась, но прочертила своим туманным следом все пространство камеры сверху вниз, пронизала дно и ушла из поля зрения ученых, как быть тогда? Ведь она унесла с собою часть нерастраченной энергии и не потрудилась сообщить, какова эта часть. Ясно, что тогда изучение следа ничего не скажет физикам об ее первоначальном богатстве, кроме того, что оно было, очевидно, нешуточным.

Вот теперь можно, наконец, ясно представить себе, какую роль обязаны правильно сыграть частицы, чтобы заслужить право сниматься в мгновенных научных фильмах. Пройдя барьер из счетчиков над туманной камерой, они должны затем щедро растратить всю свою энергию на ионизацию в камере Вильсона — они должны в ней остановиться. А если они этого не сделают и часть своего энергетического богатства утаят, им не удастся самосфотографироваться. Обмануть режиссеров-физиков они не могут это исключено!

Под камерой выложен такой же сплошной барьер из счетчиков Гейгера, как и над нею. Транзитная частица, летящая без остановки, не сумев истратиться в туманной камере до конца, врезается в этот нижний барьер. Там она порождает такой же короткий удар электрического тока, как и в верхнем барьере. А устройство, командующее съемкой* придумано так, что этот второй удар тока аннулирует дей« ствие первого. Не вспыхивают юпитеры, не расширяется камера, не срабатывают затворы съемочных аппаратов. Частица-обманщица остается неузнанной, промелькнувшей бесследно. Физикам с нею нечего делать.

Из каждой счастливой идеи ученые стремятся извлечь все, что возможно. Камера Вильсона в магнитном поле — это была счастливая идея. Но на Арагаце камера и поле разделены. Все происходит так, как было рассказано, и вместе с тем совсем не так.

Суть в том, что привередливые режиссеры-физики заставляют пожелавшую сниматься частицу сначала продемонстрировать ее импульс, а потом — энергию. Они снимают гостью дважды: сперва в полете через сильное магнитное поле, когда она показывает, как искривляется ее путь, а затем — в полете через туманную камеру, где она показывает, какие энергетические траты ей по плечу.

Все бы хорошо, да только непонятно, как удается физикам фотографировать полет частицы вне камеры Вильсона? Чем отмечает она свой путь до того, как начинает оставлять туманный след? Нетрудно догадаться: ведь еще на подступах к камере частица объявляет о своем прибытии на, Арагац коротким ударом электрического тока в счетчике Гейгера, попавшемся на ее пути. Этот мгновенный ток командует съемкой, но он мог бы выполнять й бQ- лее простую работу — зажигать маленькую лампочку на щите.

Остальное — простая геометрия. Падая сверху вниз, частица встречает по дороге к туманной камере не один, а несколько сплошных барьеров из счетчиков Гейгера. Это похоже на этажерку: барьер над барьером, как полка над полкой. А в стороне на щите — такие же сплошные горизонтальные ряды крохотных неоновых лампочек: сколько барьеров — столько рядов, сколько счетчиков — столько лампочек. В каждом ряду зажигается та, что получила сигнал от своего счетчика: «Только что меня посетила частица!»

Так на щите — его красиво называют световым табло — возникает неоновый пунктир, как на городской рекламе. Этот пунктир повторяет реальный путь частицы.

А теперь нужно лишь добавить, что этажерка и'з счетчиков поставлена между полюсами сильного магнита. (Втащить его на Арагац в ту пору, когда дорога кончалась у Бю- ракана и надежными вездеходами служили только низкорослые ослики, было настоящим подвижничеством.) Магнитное поле превращает путь космической гостьи в дугу окружности — неоновый пунктир на световом табло отражает кривизну этой дуги. Любую окружность можно восстановить по трем точкам. Так, по неоновым точкам физики восстанавливают дугообразную трасту космической частицы в магнитном поле, чтобы узнать ее импульс — ее «количество движения» — произведение массы на скорость.

Проскочив магнитное поле и отметив свой путь вспышками неоновых лампочек, частица врывается в туманную камеру и снова попадает на «этажерку» — теперь это сцена, расслоенная на этажи горизонтальными пластинами из свинца или меди. Зачем здесь нужна многоэтажность, зачем тут помещены пластины?

Вы помните: частица должна остановиться в камере Вильсона, чтобы растратить свою энергию до конца. Пластины помогают ей это сделать: пробиться через миллиметровую люлщу свинца стоит частице таких же затрат, как пронизать стометровую толщу воздуха. Не будь пластин, лишь очень слабенькие частицы останавливались бы в туманной камере, остальные прошивали бы ее. насквозь, так и не рассказав физикам о своих энергетических запасах.

Вот мы и подошли к концу лабораторных подробностей, хотя физик сказал бь\, что только тут они и начинаются!..

Совершив все, на что обрекли ее исследователи-режиссеры, пройдя магнитное поле с барьерами счетчиков и остановившись в одной из пластин туманной камеры, частица устало рапортует:^.«Я правильно сыграла свою роль — честно описала дугу щж магнитных полюсов и честно истратила всю энергию на создание туманного следа, неоновые лампочки еще горят, и след еще не расползся, пожалуйста, снимайте!» И тогда срабатывают затворы съемочных аппаратов: одни аппараты запечатлевают световой пунктир на табло, другие — трассу из тумана в камере Вильсона.

Идеи экспериментаторов часто бывают остроумными. Реже обладают они еще и зримой скульптурной отчетливостью. Или графической ясностью. Когда эти черты эксперимента бросаются в глаза, начинаешь думать, что в ученом сидит еще и художник.