книги из ГПНТБ / Печенюк И.Л. Из глубин Вселенной
.pdfэнергии, какую несла в себе первоначальная космическая частица. Такой поток заряженных частиц получил название «ливня». Оказывает ся, эти ливни возникают всюду вокруг нас и даже в нашем собственном теле. Подумать толь ко, что ежеминутно в наше тело проникает около тысячи космических частиц! В течение одной минуты в тканях тела возникают сотни ливней, которых мы не ощущаем, о которых не имеем ни малейшего представления!
Производя свои опыты по изучению «раз множения» космических частиц, ученые убеди лись, что особенно многочисленные ливни возни кают в таком веществе, как свинец. Если на свинцовую пластинку в приборе попадет первич ная частица, она «выбьет» из пластинки целый поток вторичных частиц, гораздо более обиль ный, чем из воздуха, газа или другого вещества. А так как число частиц в ливне легко подсчи тать (для этого существуют специальные счет чики), то нетрудно определить, какова была энергия первичной частицы, которая «распыли лась» во множестве других частиц, с меньшей энергией.
Чтобы точнее определить энергию первич ных частиц, С. Н. Вернону, Н. Л. Григорову и их сотрудникам пришлось сконструировать осо бые автоматические установки, в которых счет чики были окружены со всех сторон свинцом.
29
И снова помчались ввысь приборы с помо щью легких шаров. Счетчики точно подсчиты вали число расщеплений и тут же передавали на Землю сведения. Приборы достигали высоты 27—28 километров.
Но счетчики под свинцом могли «ловить» лишь очень небольшие космические «дожди», частицы весьма незначительных энергий. А ведь возможны и обширные ливни, охватывающие значительную площадь. Разве уловить их оди ночными летающими установками? А «захва тить» эти большие ливни просто необходимо.
Частицы высоких энергий в составе косми ческих лучей встречаются очень и очень редко, и поймать такую частицу в лабораторный при бор почти безнадежно. Много сотен, а то и тысяч лет может пройти, пока попадет в прибор одна такая частица. Но именно эти частицы могут обладать совершенно необычными, интересней шими свойствами. Благодаря своей колоссаль ной энергии они, например, могут рождать лив ни, состоящие из огромного числа новых частиц. До поверхности Земли дойдут лишь пра-правну- ки этих первичных космических вестников. Повидимому, ничего больше не остается, как изу чать эти производные частицы, унаследовавшие хотя бы некоторые свойства своих далеких «предков».
И тогда ученые попытались определять энер
го
гию первичных космических частиц на поверх ности Земли, не поднимая приборы в воздух. Французский физик Пьер Оже пробовал «уло вить» ливни, располагая счетчики на некотором расстоянии друг от друга. Он поставил перед собой задачу: засечь лавину, возникающую в воздухе непосредственно над поверхностью Зем ли, над головой исследователя. Таким способом можно было обнаружить ливни из обширных воздушных слоев. Ведь если в свинце электрон до момента его столкновения с атомом проходит путь длиной всего лишь в 6 миллиметров, то в воздухе протяженность пути электрона составит уже около 300 метров.
Сначала исследователи пробовали обойтись двумя-тремя счетчиками. Энергия пойманных ими частиц в сумме получалась не такой уж большой. Но воздушные ливни, при ближайшем' знакомстве с ними, оказывались настолько об ширными, что потребовали самого широкого изу чения. Счетчики стали располагать на террито рии в десятки и сотни гектаров — такую пло щадь покрывает космический дождь, рожденный всего только одной первичной частицей высокой энергии. Сотни тысяч и даже многие миллиону частиц насчитывает ливень из одной такой пер вичной частицы. Если на площади в 10 квад- Р'атных километров расставить счетчики для ре гистрации ливня, то частицы больших энергии
можно будет косвенно наблюдать изо дня в день.
Изучались первичные космические лучи и высоко в горах Памира и Кавказа. Там в 1944— 1945 годах работали экспедиции под руковод ством известных советских физиков В. И. Век слера, Н. А. Добротина и Г. Т. Зацепина. Ра бота велась на высоте 3000—4000 метров среди черных выжженных скал, нетающих ледников. Воздух там всегда чист и прозрачен, и «пой мать», исследовать космические лучи здесь на много легче.
Одна из крупнейших в мире установок по изучению космических лучей находится в Моск ве, на Ленинских горах, недалеко от здания МГУ. На территории установки одновременно действуют 5 тысяч счетчиков и 150 ионизацион ных камер. Ряд счетчиков расположен в подзем ных лабораториях на глубине до 30 метров — ведь часть лучей проникает и под землю. Как только появляется широкий воздушный ливень, специальный управляющий прибор подает команду всем счетчикам. Мгновенно включается система фотоаппаратов, которые фиксируют все показания приборов.
Ученые сопоставляли все полученные дан ные — и сведения из высокогорных станций и точные фотографии из наземных лабораторий. Подсчитывали количество частиц, входящих в
32
Поток частиц широкого атмосферного ливня в камере Вильсона,
широкий атмосферный ливень. И обнаружилось, что энергия первоначальных космических частиц, образующих ливни, может достигать колоссаль ных величин. На Земле не существует и в бли жайшие годы не предвидится появления аппара туры, которая могла бы создать частицы таких энергий. Ведь мощнейший ускоритель, проекти руемый в Институте ядерных исследований в Дубне, будет в состоянии разгонять частицы лишь до энергии 50—70 миллиардов электроновольт; Это во много миллионов раз меньше той энергии, которой может обладать первичная кос мическая частица.
Миллиард миллиардов электроновольт! Если бы обыкновенный металлический шарик диа метром 1 сантиметр, например шарик от детского биллиарда, двигался со скоростью космической частицы, обладающей такой энергией, то при попадании в Черное море он нагрел бы всю эту огромную массу воды до кипения.
Космическая частица неизмеримо меньше этого маленького шарика.
Призовем на помощь свое воображение. По пытайтесь-ка рассмотреть летящую пылинку, подсвеченную лучом солнца в большом, свет лом зале. Так вот, атом меньше этой пылинки во столько раз, во сколько пылинка меньше боль шого зала. Атомное же ядро в 100 тысяч раз меньше эамого атома.
34
1 акоа примерно размер частиц, прилетаю щих к нам из космоса и несущих столь колос сальную энергию. И все же они производят огромную работу, сталкиваясь с атомами, раска лывая их ядра на еще более мелкие осколки — частицы.
Многое может рассказать нам первичная частица, обладающая невиданной на Земле энер гией. Только бы с этой частицей поближе по знакомиться, тщательней ее изучить! Как это * важно для нас, пытающихся познать жизнь все ленной!
Но оказывается, пришельцы из далеких ми ров могут быть полезны земной науке и в дру гом. Ведь эти стремительные частички в состоя нии разбивать самые крепкие атомные ядра. А у нас нет пока такой силы, нет таких средств. Как же здесь не использовать тех возможностей, которые предоставляет природа в распоряжение исследователей тайн атома!
Частицы, проносясь в мировом пространстве, развивают скорость, почти равную скорости света. Энергия их огромна, и, сталкиваясь в зем ной атмосфере с ядрами атомов, они раскалы вают их. Отбрасывая их осколки, космические частицы как бы обнажают скелет атома, помо гают нам разобраться в его строении, структуре. И чем значительней энергия первичной части-
35
цы, тем с большей силон она войдет в атом, тем дальше проникнет в его недоа.
Казалось, ученым остается лишь провести наблюдения на этом необозримом полигоне, от мечать, фиксировать все происходящее—и делать свои выводы. Физики, изучающие строение атомного ядра, так, собствено, и поступали. Точ нее, стремились так поступать.
Стремились — потому что забраться в эту
,«поднебесную лабораторию» оказалось очень не простым делом. Ведь для этого необходимо под нять приборы на высоту многих десятков кило метров.
Здесь человеку пришла на помощь фотогра
фическая пластинка.
Еще в 1928 году ленинградский физик Л. В. Мысовский высказал мысль о том, что для изучения следов заряженных частиц можно приспособить фотопластинки. Правда, их нужно сначала несколько усовершенствовать: увели чить толщину нанесенного на стекло слоя фото эмульсии, нужно иначе и проявлять фотопла стинку. Но зато, рассматривая фотографии сле дов частиц, можно проследить процесс расщеп ления атомного ядра космическим лучом.
Частицы космических лучей, пролетая сквозь эмульсию, сталкиваются с ядрами атомов, разру шают их. Происходит как бы взрыв ядра, и ос колки его, словно брызги, разлетаются в разные
36
Расщепление атомного ядра космической частицей.
стороны. При этом рождаются новые элементар ные частицы, и фотоэмульсия помогает увидеть их, разобраться в их свойствах. Быстро движу щаяся заряженная частица, задевая отдельные зерна фотоэмульсии, вызывает в них химические превращения. Если проявить фотопластинку, то зерна эти будут выглядеть темными точками на светлом фоне. И чем больше электрический заряд частицы, тем ближе друг к другу распо ложатся зерна, тем плотнее, чернее становится след. На фотографии можно ясно рассмотреть образовавшуюся «звезду» — результат расщеп ления атомного ядра космической частицей. Лу чики, расходящиеся в разные стороны, — это следы движения осколков ядра. Осколки-части цы обладают еще достаточной энергией, чтобы на своем пути расщеплять встречающиеся новые ядра атомов, и при движении своем они(испытывают еще целый ряд превращений.
Рассматривая эмульсию в микроскоп при увеличении в сотни раз, можно ясно представить себе картину рождения и гибели новых частиц— процессы, протекающие в течение миллиардных долей секунды. Этот метод дает возможность определить многие свойства пролетевшей части цы — заряд, массу, скорость. Можно просле дить и поведение частицы на всем пути движе ния в эмульсии.