книги из ГПНТБ / Богуш А.А. Элементарные частицы

Образовавшиеся в недрах сверхновых звезд космические лучи, прежде чем попасть на Землю, проходят гигантские расстояния. На своем пути они сталкиваются с частицами межзвездной материи и в результате этого меняются по своему составу. Степень измене­ ния состава космических лучей, о которой можно судить, сравнивая распространен­ ность различных химических элементов на Земле с присутствием их в космических лу­ чах, позволила судить о составе и плотности межзвездной материи. Это оказалось возмож­ ным еще и потому, что в теории взаимодейст­ вия элементарных частиц с веществом достиг­ нуты значительные успехи, позволяющие предсказать, какие ядерные реакции должны идти при столкновении космических частиц с межзвездной материей того или иного соста­ ва. Было установлено, что межзвездная мате­ рия состоит в основном из водорода со сред­ ней плотностью 10—30 атомов в одном литре. Таким образом, элементарные частицы необъ­ ятных просторов Вселенной несут с собой све­ дения о космическом пространстве.

Но элементарные частицы космических лу­ чей не являются беспристрастными обитателя­ ми околоземного пространства, несущими с собой только тайну своего происхождения. Они активные участники событий, разыгры­ вающихся во всей толще воздушной оболочки нашей планеты. Они образуют недавно откры­ тые радиационные пояса, окружающие нашу планету на высотах 100 и 800 км. Радиа"- ционный пояс — этообласть, в которой ме­ чутся заряженные элементарные частицы (в

20

основном электроны и протоны), захваченные магнитным полем Земли. Плотность потока этих частиц не так мала (порядка 10 частиц¡см2 • сек) и представляет реальную опас­ ность для космических полетов. Поэтому, в частности, полеты космических кораблейспутников с людьми на борту совершаются лишь на высотах, свободных от космических поясов с повышенной радиацией.

Врываясь в атмосферу, космические лучи оказывают свое влияние на условия распро­ странения радиоволн и состояние магнитных полей в околоземном пространстве. Это ста­ новится заметным во время бурной деятель­ ности Солнца, особенно в момент образования на нем вспышек. Солнце досылает на Землю в это время интенсивные потоки частиц, в ос­ новном состоящие из протонов. Поток прото­ нов, несущийся от Солнца, в такие моменты представляет значительную радиационную опасность для космонавта,, находящегося за пределами защитной воздушной оболочки Земли (доза облучения может достигать сот­ ни рентген). Достигая пределов воздушной оболочки Земли, космические лучи произво­ дят существенное изменение в атмосфере, на­ рушая радиосвязь и вызывая магнитные бури.

Проходя сквозь более плотные слои атмо­ сферы, космические лучи ионизируют ее. Ме­ жду прочим, факт ионизации воздуха послу­ жил первым доказательством существования космических лучей. Вместе с тем благодаря своей большой энергии космические лучи вы­ зывают самые разнообразные ядерные реак­ ции на ядрах атомов воздушной оболочки,

21

рождая целые ливни вторичных частиц — про­ дуктов ядериых реакций. До поверхности Зем­ ли доходит лишь незначительная часть пер­ вичных частиц. Вместе с вторичными частица­ ми они представляют незначительную, но обнаруживаемую приборами радиацию, кото­ рая носит название космического фона. Косми­ ческая радиация не представляет никакой опас­ ности для живых организмов. Более того, есть серьезные основания полагать, что потоки кос­ мических лучей служат «катализаторами» естественного отбора среди живых организ­ мов, так как они ответственны за значитель­ ную долю изменчивости биологических видов.

Таким образом, мы обнаруживаем, что элементарные частицы космических лучей ак­ тивно вмешиваются во многие процессы на Земле, подчас очень важные для жизненной деятельности человека. Поэтому, только хо­ рошо познав свойства элементарных частиц, можно серьезно говорить о решении таких су­ губо практических и неотложных проблем, как длительный прогноз погоды и климата, обеспечение надежной связи, обеспечение без­ опасности космонавтов и т. д.

Большие возможности и большие перспек­ тивы в использовании элементарных ча­ стиц открываются перед человеком в буду­ щем. Возьмем для примера хотя бы такие ча­ стицы, как нейтрино и антинейтрино. Они обладают удивительным свойством проникать сквозь огромные толщи вещества. Достаточно сказать, что они свободно преодолели бы рас­ стояние от Солнца до Земли, даже если бы

22

оно сплошь было заполнено железом или еще каким-либо плотным веществом. Обладая та­ кими свойствами, антинейтрино, которые ро­ ждаются во множестве в глубинах звезд, мо­ гут многое рассказать о процессах, происхо­ дящих в центральных областях звезд, в том числе и Солнца. О том, что там происходит, в настоящее время можно лишь догадывать­ ся. Однако до сих пор серьезным препятстви­ ем является ничтожно малая эффективность регистрации потоков нейтрино и антинейтрино. Если в будущем будут созданы приборы, надежно регистрирующие нейтрино, появится возможность не только исследовать внутрен­ ность Солнца и звезд, но и получить ответ на вопрос, существуют ли в действительности

а н т и м и р ы .

Гипотеза о существовании антимира полу­ чила широкое распространение в связи с от­ крытием античастиц. Почти все свойства анти­ частиц точно такие же, как у обычных частиц. Они вступают в реакции аналогичного типа, принимают участие в тех же взаимодействиях. Поэтому можно предположить существование а н т и а т о м о в , которые обладают той же структурой и свойствами, что и обычные ато­ мы, только место электронов занимают в них позитроны, а ядро состоит не из протонов и нейтронов,а из антипротонов и антинейтронов. Химические свойства их одинаковы. Испуска­ емые антиатомами фотоны ничем не отлича­ ются от фотонов, испускаемых обычными атомами, и никакими способами нельзя уста­ новить их происхождение. Поэтому если даже и допустить, что где-то очень далеко и

24

цессов взаимодействия нейтронов и протонов, а следовательно, и разгадка тайны ядерных сил.

Разумеется, глубокое и всестороннее ис­ следование свойств элементарных частиц, при­ рода их взаимодействия самым тесным об­ разом связаны и с другим направлением энергетики будущего — осуществлением управ­ ляемых термоядерных реакций.

Но ядерная и даже термоядерная управ­ ляемые реакции высвобождают не более 1 % энергии, скрытой в веществе. В то же время, например, процессы взаимодействия элемен­ тарных частиц с античастицами, которые по­ лучили название а и и и г и л я ц и и, характер­ ны выделением почти всей скрытой энергии. В этих процессах полная энергия частиц, об­ условливающая их массу, почти целиком пре­

о том, какие неисчерпаемые возможности и грандиозные перспективы для энергетики та­ ит в себе овладение тайнами мира микроча­ стиц!

Говоря о значении учения об элементарных частицах как основы современных пред­

ставлений о строении материи, нужно особо подчеркнуть исключительную роль этой обла­ сти физики в формировании правильного, под­ линно научного мировоззрения.

Вся история развития науки о явлениях микромира, об элементарных частицах не­ изменно сопровождалась обострением борь­ бы между материализмом и идеализмом. Эта

26

отрасль человеческого знания стала ареной ожесточенных схваток, пробным камнем для двух непримиримых, противостоящих друг дру­ гу мировоззрений. И там, где идеалистическая, механистическая философия терпела одну не­ удачу за другой, оказывалась совершенно бессильной, диалектический материализм как единственная правильная научная философ­ ская система, одерживая победу за победой, становился все более сильным и боеспособным.

Каждый, кто изучал основы марксистсколенинской философии, хорошо знает, что самые убедительные, самые наглядные иллю­ страции к основным положениям диалектиче­ ского материализма можно найти в мире мик­ рочастиц.

Единство и неисчерпаемость материально­ го мира, взаимопревращаемость форм движе­ ния и материи — эти, как и многие другие по­ ложения марксистской философии, нашли свое неопровержимое подтверждение в явле­ ниях микромира.

Современная физика элементарных частиц приносит все новые доказательства гениаль­ ной правоты и глубины знаменитого высказы­ вания В. И. Ленина о том, что «электрон так же неисчерпаем, как и атом...»* Эти слова, ска­ занные Владимиром Ильичем еще в 1908 г., когда, по существу, единственной известной элементарной частицей был электрон, сегодня с полным основанием могут быть отнесены к каждому из представителей многочисленной семьи элементарных частиц. Вместе с тем

* В. И. Л е п и н. Соч., т. 14, стр. 249.

27

29