книги из ГПНТБ / Богуш А.А. Элементарные частицы

вещании и конференции, привлекая к себе все большее число участников; все более насы­ щенной и многообразной становится их про­

грамма.

Яркий пример этому — состоявшаяся в ав­ густе 1964 г. Международная конференция по физике высоких энергий (так теперь называют физику элементарных частиц). На традицион­ ный высокопредставительный форум ученых, проходивший па этот раз в СССР (одной из трех стран, удостоенной такой чести) в городе Дубне, съехалось более 500 делегатов из 30 стран мира. Было представлено свыше 600 докладов. Многие из сообщений привлекли к себе внимание всех участников, вызывали жи­ вые и острые дискуссии в зале заседаний и ку­ луарах конференции. Отдельные доклады превратились в подлинную научную сенсацию и во многом определили развитие исследова­ ний на длительный период.

Здесь, на конференции, можно было осо­ бенно отчетливо убедиться, сколь небывало широкий размах в наше время приняли иссле­ дования по физике элементарных частиц, как самоотверженно и самозабвенно трудятся виднейшие ученые мира, отдавая всю силу своего таланта решению труднейшей задачи — овладению сокровенными тайнами микро­ мира.

Возникает закономерный вопрос: зачем нужны эти столь дорогостоящие исследо­

вания, которым отдают все свои силы тысячи одаренных, талантливых ученых мира? Како­

10

во практическое значение работ по изучению элементарных частиц? По этому поводу ста­ рейший советский физик академик Игорь Ев­ геньевич Тамм, удостоенный высшей между­ народной награды за научные достижения — Нобелевской премии, пишет, что «прежде всего исследования в области физики элемен­ тарных частиц необычайно интересны с по­ знавательной точки зрения».

В самом деле, человеку всегда была при­ суща ненасытная любознательность, естест­ венная потребность и постоянное стремление понять, уяснить смысл происходящих вокруг пего явлений. Пытливый человеческий ум не может удовлетвориться простым созерцанием окружающего, его влечет и манит к себе то, что скрывается под поверхностью явлений,— их внутренняя сущность. С незапамятных вре­ мен на протяжении всей многовековой исто­ рии человечества естествоиспытателя волну­ ют неразгаданные тайны природы, нерешен­ ные загадки устройства материального мира, недоступные секреты структуры материи. Че­ ловек хочет знать, как и из чего построено все окружающее, каковы те мельчайшие крупицы материи, из которых состоят все тела, какие законы управляют нми.

Однако было бы глубочайшим заблужде­ нием делать вывод, что лишь праздное любо­ пытство, неутолимая жажда проникновения в неведомое, романтика поиска нового движут вперед человеческую мысль, что только они определяют прогрессивное развитие науки. Эти факторы, безусловно, стимулировали про­ цесс накопления знаний о природе м до сих

11

пор играют немалую роль в творческой дея­ тельности каждого ученого, каждого исследо­ вателя. Но в конечном счете отнюдь не это является определяющей, движущей силой на­ учного прогресса, неиссякаемым первоисточ­ ником творческого вдохновения и новых сил работника науки.

Человек призван стать полновластным хо­ зяином природы. А для того чтобы воплотить в жизнь эту грандиозную задачу, чтобы по­ ставить богатства и силы природы на службу человечеству, он должен в совершенстве по­ нять и овладеть самыми сокровенными тай­ нами ее бытия. И пусть на первом этапе развития той или иной отрасли знания, про­ никновения в новую область науки о природе человек ставил и решал задачи чисто позна­ вательного характера. Впоследствии неиз­ бежно «встает вопрос,— говорит академик Тамм,— о возможных практических приложе­ ниях исследований в этой области. Вся исто­ рия развития науки свидетельствует, что овладение новой областью знания обычно при­ водит к совершенно неожиданным примене­ ниям, о которых сами первооткрыватели не могли думать. Позвольте напомнить, что Ген­ рих Герц экспериментально обнаружил суще­ ствование электромагнитных волн, предска­ занных Максвеллом. Но когда Герца спроси­ ли, могут ли эти волны быть применены для практических целей, он категорически отве­ тил •— нет, никогда никакого практического значения они иметь не будут. А мы знаем, что уже через пять-шесть лет первая, правда при­ митивная, беспроволочная связь была осуще-

12

ствлена, а в наше время радио — неотъемле­ мая часть жизни человека».

Другой пример такого рода привел в сво­ ем ответе на вопрос, какое практическое зна­ чение имеет изучение физики элементарных частиц, известный американский физик Вайскопф на встрече с журналистами после окон­ чания работы Дубненской конференции. Когда в начале нашего века, говорил он, ученые на­ чали изучение свойств атомного ядра, никто даже не подозревал, к каким практическим последствиям приведут эти исследования.

Саженцы в питомнике требую!1 от садово­ да особого ухода, значительно большего вни­ мания, чем деревья, которые уже плодоносят. Геологическая разведка и поиски новых ме­ сторождений полезных ископаемых доставля­ ют больше забот, чем действующие уже руд­ ники, шахты, нефтяные вышки. В конце кон­ цов и сам человек только через 20—30 лет после рождения начинает приносить практи­ ческую пользу обществу. А ведь сколько вни­ мания и забот требует воспитание, обучение и подготовка к практической деятельности под­ растающего поколения.

Так и в науке. Непрерывность процесса развития, систематическое продвижение впе­ ред немыслимы без постоянного расширения фронта научных исследований, без поисков новых направлений и путей в науке, без под­ готовки почвы для новых работ. Это — объ­ ективная закономерность развития науки, ко­ торая определяет все возрастающую роль ее в деле человеческого прогресса и техническо­ го прогресса в частности.

13

счете экономический прогресс и резкое повы­ шение производительности труда, лежат те или иные свойства элементарных частиц. Даже ис­ пользуемый человечеством на протяжении мно­ гих веков древнейший вид энергии—тепло, вы­

известной элементарной частицей — электро­ ном. Процесс горения, по современным пред­ ставлениям, основан на изменении химиче­ ских связей в молекуле, за которые как раз и ответственны электроны. Изменение этих свя­ зей в процессах горения и приводит к высво­ бождению химической энергии в виде тепла.

Со свойствами электрона связано в первую очередь производство электроэнергии. Про­ мышленный электрический ток — это не что иное, как направленное движение электронов в проводниках. Генерируемое на электростан­ циях электрическое поле, действуя на элек­ трические заряды электронов, заставляет их двигаться, производя ту или иную работу. Та­ ким образом, электрическая энергия, которая преобразила всю нашу планету, не могла бы занять господствующего положения в энерге­ тике наших дней, если бы не электрическая природа электрона.

Новый прогресс в энергетике — ядерная энергетика — связан с использованием прямо­ противоположного свойства другой из элемен­ тарных частиц — нейтрона. Только благодаря тому, что нейтрон не имеет электрического за­

15

ряда, удалось с его помощью вызвать цепную реакцию в ядерном горючем (уране или плу­ тонии). Па этот вид топлива в настоящее вре­ мя возлагаются большие надежды, так как разведанные запасы ядерного горючего по своей потенциальной калорийности намного превышают все известные ныне запасы хими­ ческого топлива. Таким образом, сама воз­ можность высвобождения как химической, так и ядерной энергии, их передачи и превраще­ ния в другие виды энергии непосредственно связана со свойствами двух элементарных ча­ стиц: электрона и нейтрона.

В наши дни элементарные частицы служат не только «рабочим телом» (электроны) для передачи электроэнергии и «катализатора­ ми» (нейтроны) цепной ядерной реакции. Ин­ тенсивные потоки различных элементарных частиц все шире и шире начинают применять­ ся в медицине. Сегодня нельзя себе предста­ вить клинику или больницу без рентгеновской установки. А ведь рентгеновы лучи — это не что иное, как поток элементарных частиц — фотонов со сравнительно большой энергией. Лучи еще более высоких энергий (гамма-лу­ чи), получаемые на ускорителях илшот радио­ активных препаратов, используются для ле­ чения различных злокачественных опухолей. Но при лечении опухоли гамма-лучами не­ вольно облучаются и здоровые ткани. Поэто­

но отличаются от гамма-лучей тем, что их мо­ жно сконцентрировать в небольшой по разме-

16

рам области на определенном расстоянии от источника, и в частности в месте расположения опухоли, находящейся глубоко в теле челове­ ка. Тем самым можно добиться нужной кон­ центрации, существенно не повреждая здоро­ вых тканей, находящихся на пути движения потока частиц.

Еще более тонким инструментом в руках медика является поток заряженных пи-мезо­ нов. Замечательной особенностью этих частиц является то, что они существуют очень корот­ кое время. Примерно через стомиллионную долю секунды (10~8) заряженные пи-мезоны распадаются на другие частицы, выделяя в момент распада почти всю свою энергию. С другой стороны, что особенно важно, время жизни пи-мезонов (как и других короткоживущих частиц) зависит от скорости их движе­ ния. Чем быстрее движется пи-мезон, тем дольше он живет и тем большее расстояние он проходит до места своего распада. В итоге, изменяя скорость пи-мезонов, т. е. изменяя их кинетическую энергию, мы получаем возмож­ ность по своему желанию изменять длину пробега этих частиц от нескольких миллимет­ ров до сотен и более метров. •

Используя эти свойства, можно добиться того, что основная масса пи-мезонов, почти не затрагивая здоровых тканей человека, будет практически распадаться внутри ограничен­ ной, даже очень малой по объему опухоли. Их действие во много раз эффективнее, чем действие любых других частиц. По имею­ щимся сведениям, очень хорошие результаты дает применение потока пи-мезонов при облу-

чении злокачественных опухолей головного мозга, где использование других частиц не совсем приемлемо из-за того, что даже нич­ тожные повреждения здоровой массы вещест­ ва мозга очень опасны.

Таким образом, использование элементар­ ных частиц в медицине открывает новые ши­ рокие перспективы для борьбы за здоровье человека. Количество ускорительных устано­ вок для медицинских целей растет с каждым годом как в нашей стране, так и за рубежом. В Московском онкологическом институте есть установка для лечения опухолей пучком бы­ стрых электронов. Одна такая установка, рас­ считанная на пучок электронов большой ин­ тенсивности строится при Научно-исследова­ тельском онкологическом институте в столице Белоруссии — Минске.

Внаш век человечество начало штурмовать просторы Вселенной. На пути освоения

космоса стоят огромные трудности, связан­ ные не только с техническими и биологиче­ скими проблемами, но и все еще далеко не полным знанием свойств космических объек­ тов, Солнца, планет, звезд. Мало мы знаем и о самом космическом пространстве с его мете­ оритами, космической пылыо, гравитационны­ ми и магнитными полями, межпланетным га­ зом и космическими лучами. При изучении все­ го комплекса этих объектов и явлений наряду с астрономическими исследованиями большую ценность представляет исследование потоков космических лучей, почти целиком состоящих из быстро несущихся элементарных частиц.

19