Читаем без скачивания В поисках чуда (с илл.) - Лев Бобров

Среди литературных вариаций на эту тему чаще всего сталкиваешься именно с архитектурно-строительными ассоциациями. Вот, пожалуйста:

— Каждый вид ускорителей имеет собственный архитектурный стиль. Синхроциклотроны для меня — барокко. Протонные синхротроны выполнены, без сомнения, в романском стиле, хотя их изогнутые арки расположены горизонтально. Электронные синхротроны обладают той легкостью и грацией, которая присуща готике. А изохронный циклотрон с его вычурными полюсными наконечниками оформлен как бы в манере рококо…

Это говорит ученый. И не кто иной, как специалист, участвовавший в сооружении первых циклотронов, — Роберт Уилсон.

Незаметно для себя мы очутились среди отнюдь не царских «тронов», перенесясь сюда из мира «скопов», — помните? Кинескоп, иконоскоп, имедж-иконоскоп, электронный микроскоп… У всех у них, как и у клистронов, у магнетронов, есть немало общего с циклотронами, синхрофазотронами и прочими «тронами». Имена радиоламп-малюток и ускорителей-великанов созвучны неспроста.

В «лампе морского прибоя» электронным потоком управляют с помощью электрического поля, в магнетроне — магнитного. Управляют — это значит формируют частицы в прямолинейные пучки или закручивают их в вихри, разгоняют их на пути от катода к аноду, отклоняют и таким образом заставляют работать, эксплуатируют, добиваясь нужной цели. А разве в ускорителях происходит не то же самое, разве что в больших масштабах?

Потоки корпускул вполне правомерно рассматривать как лучи. Чем массивнее эти «пули» и чем сильнее они разогнаны электрическим полем, тем короче волна. Ее длину подбирают так, чтобы она была сравнимой с размерами исследуемого объекта. Ведь облучаемое вещество сообщит о себе что-то лишь в том случае, если оно как-то исказит нахлынувшую на него волну. Дмитрий Иванович Блохинцев, президент Международного союза чистой и прикладной физики, член-корреспондент АН СССР, так иллюстрирует эту закономерность:

— Представьте себе лодку на поверхности пруда. Гонимые ветром волны набегают на нее, отражаясь от одного, например левого, борта, а за другим, правым, возникает область штиля. По тени и отражению можно судить с? размерах и форме лодки, даже не видя ее саму. Зато если погрузить в воду вязальную спицу, то волны, чересчур большие в сопоставлении с нею, не возмутятся, не исказятся. Они попросту не заметят столь ничтожного препятствия, а мы о нем так ничего и не узнаем.

У протонных пучков дубненского синхрофазотрона длина волны составляет одну стотриллионную долю сантиметра, а это меньше нуклона. Значит, таким путем можно «прощупывать» внутреннюю структуру ядра и его «кирпичиков».

Еще выше разрешающая способность у серпуховского ускорителя. Частицы в нем удается разгонять до энергий в 70 миллиардов электрон-вольт — в семь раз больше, чем на дубненском. Однако, если учесть, что при ударе микротарана ядра обстреливаемой мишени податливо отступают назад, то, к сожалению, волна корпускулярного излучения укоротится не во столько же раз, а лишь в корень квадратный из 7, то есть примерно в два с половиной раза. Чтобы уменьшить ее вдесятеро, понадобилась бы машина, которая мощнее дубненской во сто крат.

Проект именно такого сверхгиганта выдвинут советскими учеными в августе 1963 года на Международной конференции, проходившей в Дубне. Тогда же их коллеги из Европейского центра ядерных исследований предложили ускорители в 3 раза меньшей, но все равно циклопической мощности — на 300 миллиардов электрон-вольт, а американцы — на 200.

Высокоэнергетические корпускулярные излучения… Их научную важность физики осознали еще до того, как научились получать их в лабораториях.

…Вот так сюрприз! Откуда он — столь необычный след? Все другие искривлены наподобие дуг, а этот — словно тетива лука. Тут было над чем призадуматься.

Физик Дмитрий Скобельцын оторвал глаза от вороха снимков и посмотрел на стоявшую перед ним камеру Вильсона. В ней действительно долгие годы наблюдались лишь прямолинейные треки. Вторгаясь в газовую среду, заполнявшую камеру, частица летела вперед, напролом, не отклоняясь, — да и с чего бы ей поворачивать? Правда, на ее пути попадалось множество препятствий — целая толпа встречных молекул. Но, обладая большей энергией, она их попросту калечила, разбивала вдребезги, упорно продолжая двигаться по прежнему направлению. Сзади оставались обломки — ионы и электроны. На них конденсировались водяные пары, присутствовавшие в газе. Образовывалась ниточка из мельчайших бусинок-капелек, хорошо видная в окуляр. Ее легко было и сфотографировать — на снимке получались крапинки, составлявшие не очень ровную, прерывистую, но все же явно прямую трассу. Так продолжалось до тех пор пока Скобельцын не поместил камеру Вильсона в постоянное магнитное поле, чтобы оно плавно изгибало маршрут заряженной корпускулы.

Еще в 1922 году в «Журнале русского физико-химического общества» («ЖРФХО») вышла статья, подписанная П. Л. Капицей и Н. Н. Семеновым, — «О возможности экспериментального определения магнитного момента атома». (Статья была помечена декабрем 1920 года. Но пока она добиралась до Берлина, где издавался «ЖРФХО», пока набиралась, печаталась, Штерн вместе с Герлахом поставили подобный же опыт. Впоследствии первый из них за эту работу удостоился Нобелевской премии.) Командированный тогда же в Англию, к самому Резерфорду, 29-летний Петр Капица защитил там докторскую диссертацию на тему «Прохождение альфа-лучей через материальную среду и методы получения сильных магнитных полей». Получил премию Максвелла, а через пять лет стал действительным членом Королевского общества. Здесь, в Кембридже, Капице пригодились идеи, сформулированные в той самой статье: молодой советский физик впервые предложил точно оценивать энергию частиц по степени их отклонения магнитным полем, куда помещалась камера Вильсона.

Так же поступил в 1927 году и Дмитрий Владимирович Скобельцын. Правда, он изучал иное явление — эффект Комптона. И треки, полученные им на снимках с помощью камеры Вильсона, принадлежали не ядрам гелия, как у Капицы, а электронам, выбитым из атома гамма-квантами. Но закономерность оставалась той же самой: чем круче вираж, тем податливее была описывавшая его частица, тем она слабосильнее.

Так вот, на некоторых кадрах в тех же условиях у Скобельцына почему-то запечатлелись прямолинейные черточки.

Чьи они? Комптоновских электронов? Нет! Какие-то иные пули, куда болеем стремительные и мощные, прошили камеру Вильсона насквозь, даже не обратив внимания на внешнее магнитное поле.

Тщательный критический анализ условий опыта, перебор всех предполагаемых источников окончательно убедил Скобельцына: зафиксировано всепроникающее космическое излучение.

Обнаруженное еще в 1912 году, оно интересовало в основном геофизиков, атомников же оставляло к себе равнодушными. Открытие советского ученого, как по сигналу тревоги, подняло канониров микромира. Еще бы: высокоэнергичные частицы, а их не умели тогда получать в лаборатории, обещали стать новыми, более мощными снарядами в штурме ядерного Измаила.

Сдвинуть с мертвой точки проблему космических лучей помог и другой способ их регистрации, предложенный в 1925 году нашими же учеными Л. В. Мысовским и А. П. Ждановым, — прямо на фотопластинку, без камеры Вильсона и ее тумана. Повреждая молекулы светочувствительного слоя, частица оставляет в эмульсии след, хорошо прорисовывающийся по проявлении. А монография Мысовского «Космические лучи» (1929 год) привлекла всеобщее внимание к новой области, которая до того времени лежала в стороне от столбовой дороги ядерной физики.

В 1929 году Скобельцын установил, что лучи, приходящие из вселенной, зачастую проявляют себя не в виде отдельных редких пуль, а целыми ливнями, наподобие шрапнельных осколков. Внедряясь в воздушную оболочку нашей планеты, походя круша встречные молекулы, они вызывают целый фейерверк микрокатастроф, сыплющий искрами по сторонам осколки атомов и новые, элементарные частицы. Стало очевидно: стремительный корпускулярный поток порождает качественно иные явления, которые невозможно или очень трудно наблюдать, если оперировать традиционными малыми энергиями — как при бомбардировке веществ обычными, сравнительно медленными ядерными частицами. Увы, новый инструмент исследования не только радовал своей невиданной мощью, но и огорчал грубостью. Нерегулярные по времени, неоднородные по энергии, разношерстные по составу, небесные пулеметные очереди все меньше устраивали ученых. Все настойчивей заявляла о себе потребность в иной канонаде — столь же сокрушительной, но к тому еще и хорошо организованной, легко поддающейся управлению.

Трудно сказать, кто, где и когда впервые подал мысль об ускорителе. Идея зрела исподволь во многих странах. В конце концов вакуумная трубка, с помощью которой Рентген в 1895 году открыл лучи, названные его именем, — тоже ускоритель, правда, линейный, не кольцевой. В нем электроны, срывавшиеся с катода, разгонялись электрическим полем и, проносясь мимо анода, с силой бились о мишень — об антикатод. Тормозясь в нем, они отдавали избыток своей энергии в виде всепроникающих квантов. Но там разность потенциалов не превышала 50 тысяч вольт. И, стало быть, пройдя ее, наша однозарядная частица обретала энергию не более 50 тысяч электрон-вольт, то есть в сотни раз меньше, чем требовалось для вторжения в атомное ядро.