Однако на этом их сходство кончается. Дальше начинается нечто невообразимое.
Гейгер, видимо, начисто лишен жалости к лесным обитателям. Придав своим электродам особую форму (вот она показана на рисунке), Гейгер создает около анода электрический ветер чудовищной силы. Куски шкур, сорванные хищником, несутся здесь с такой бешеной скоростью, что от столкновения с ними не поздоровится и уцелевшим зверям. А удрать от этой бойни мирные звери не в состоянии — они слишком неповоротливы.
Растет несущаяся к аноду лавина электронных шкур, растет число задранных зверей, бегущих «жаловаться» катоду. Немногочисленные электроны, созданные влетевшей в сосуд частицей, быстро размножаются и возле анода превращаются в могучий поток.
Слабенький ток в ионизационной камере сменяется мощным импульсом тока в счетчике Гейгера. Именно импульсом: потому что ток в счетчике прекращается, как только последние «жалобщики» достигнут катода.
Толчея электронов, ионов и нейтральных атомов в счетчике Гейгера. Возле нити анода электроны настолько энергичны, что рождают настоящую лавину из ионов и вторичных электронов.
Мощный импульс от каждой частицы, вылетевшей в счетчик, — это хорошо. Ток можно вывести из счетчика и послать, например, на какое-нибудь реле. Прошел этот ток через магнит, магнит оттянул сердечник, удерживающий пружинку, та распрямилась — и хлопнула одна пластинка о другую.
Щелчок! Частица услышана!
Теперь сиди себе, считай щелчки — вместо того, чтобы, напрягая до боли глаза, считать бледные вспышки на экране.
Ведь это было наказание, когда сразу поступало много частиц и экран почти одновременно вспыхивал в десятках точек!
Пока что счетчик — такой простенький — выручает. Но погодите, придет время, и он проявит свои несовершенства. Он будет попадать в такие могучие потоки частиц, что не успеет с ними справляться. И тогда наблюдатель вместо аккуратного пощелкивания услышит захлебывающийся пулеметный треск!
Смена «судьи»
Да, счетчик явно не справляется. Он оказывается в положении финишного судьи, который мирно стоял на беговой дорожке и вдруг попал на кросс, где бегут тысячи спортсменов. Что ж, скажете вы, нужна автоматика.
Да, и она была создана. Но сначала предстояло улучшить самого «судью». Он оказался даже более несовершенным, чем это можно было думать в первое время его деятельности.
Прежде всего он, если так можно выразиться, «спал на ходу». Он добросовестно поднимал свой флажок, когда бегун грудью рвал ленточку, но забывал его опустить, причем на довольно долгое время. Если за первым бегуном быстро финишировал второй или даже несколько бегунов, то он их просто не засчитывал.
Легко понять почему. Помните, импульс заканчивался, лишь когда последние «жалобщики» — ионы — приходили на катод? Ужасно нерасторопными были они! Электронная лавина давно уже вся ушла в анод, а ионы все идут и идут. И, пока последний не дойдет, счетчик не засчитает появления следующей частицы.
И это еще не все. Под конец своего пути, подгоняемые электрическим ветром, жалобщики могли так «разъяряться», что, подлетая к катоду, сами начинали хищно срывать шкуры с атомов, мирно живущих в катоде. В газе появлялись новые электроны, возникала новая их лавина — на сей раз не вызванная никакой влетевшей частицей. В результате появлялся ложный импульс. Теперь можно было бы засчитать даже несуществующие частицы!
Тогда физики додумались: оборвать разряд сразу после того, как электронная лавина долетит до анода! Обойдемся без медлительных ионов! А они тем временем воссоединятся с электронами, не поспевшими к аноду, — и счетчик снова готов к работе.
Так было укорочено время бездействия счетчика, метко названное мертвым временем. И, что важно, это мертвое время теперь стало точно известно. Отныне, даже если частицы и попадали в счетчик, когда он «спал», можно было примерно подсчитать и их число, зная, сколько времени счетчик «спит», а сколько «бодрствует».
А нерасторопное реле, которое захлебывалось треском от непосильной нагрузки, заменили электронными приборами, которые «выдавали» сразу число засчитанных частиц. Сейчас этот треск можно послушать только ради быстропроходящего любопытства. А глаз — тот нужен только для того, чтобы прямо считывать показания прибора.
Неугомонные физики, однако, захотели большего. Они захотели возложить на судью еще обязанности секундометриста, чтобы тот определял и скорость, а с нею — энергию влетевших частиц. В атомном мире это можно было сделать. Ведь число содранных шкур, при одном и том же числе зверей, попавшихся на пути хищника, зависит от его «силы». Чем хищник энергичнее, тем больше зверей он задерет, пока не выдохнется до конца.
Иными словами, чем энергичнее частица, влетевшая в счетчик, тем сильнее будет импульс от электронов, попавших на анод. Но тогда уже не годится лавина, возникающая в счетчике Гейгера. Она оказывается одной и той же, независимо от того, создана она десятком или сотней первых электронов, содранных влетевшей в счетчик частицей.
Такой счетчик отметит появление частицы, но он совершенно равнодушен к тому, с какой скоростью она пролетела сквозь него. Пробудить у счетчика интерес к этому, однако, нетрудно: нужно лишь немного сбавить напряжение на его электродах. И этого достаточно. Тогда импульс будет пропорционален энергии влетевшей частицы. А сам счетчик получает название пропорционального. Он был придуман Гейгером и Марсденом еще раньше, чем тот счетчик, который мы описали выше.
Не только слышать, но и видеть
Удовлетворится ли человек посылкой автоматических станций в космос? Достаточно ли ему будет обмениваться «радиопрограммами» с обитателями других звездных миров, как о том повествует писатель-фантаст в «Туманности Андромеды»? Скорее всего — нет. Жадное человеческое любопытство требует: пощупать своими руками! Увидеть своими глазами!
В атомном мире пощупать ничего нельзя. Бесстрастное пощелкивание счетчика вполне может удовлетворить физика. Но в каждом физике живет еще человек. И человек куда более любопытный, чем многие из его окружающих.
Пощупать нельзя. А увидеть? Такая мысль уже не один год волнует Чарлза Вильсона. Всему виной давно открытое им явление. Мы о нем уже рассказывали: если из газа убрать пылинки, то газ можно заставить конденсироваться на ионах. Правда, для начала его нужно перевести в состояние пересыщенного пара.
Помните коротенький раздел «Изотермы реального газа» из школьного курса физики? Если и забыли, то не беда: все равно придется вспомнить. Есть у газа такое неустойчивое состояние, как пересыщенный пар.
Обычный насыщенный пар легко конденсируется в капельки жидкости при понижении температуры. Примером тому запотевшие стекла или роса. Это высадился на холодную поверхность водяной пар из воздуха.
Но если насыщенный пар не подводить к низкой температуре, а охладить «рывком», то он может и не перейти в жидкость, а остаться паром. Но это состояние столь же неустойчиво, как положение неукрепленного камня на склоне горы.
Небольшой толчок — и вниз летит уже каменная лавина. Такой толчок дают пылинки в пересыщенном паре. На них-то и начинается быстрая конденсация пара. И такой же толчок, как выяснил Вильсон, могут создавать ионы. Тогда в сосуде быстро образуется туман из медленно оседающих мельчайших капелек жидкости. Туман такой же густой, как знаменитые лондонские туманы, столь ненавистные англичанам.
По мере увеличения давления пара его объем изменяется по жирно начерченной кривой. В левой части кривая относится к пару, в правой — к жидкости. Если давление повышать плавно, то пар, дойдя до горизонтального участка кривой, пройдет по нему и постепенно сконденсируется в жидкость. Если же давление изменить рывком, то пар может оказаться в неустойчивом пересыщенном состоянии. В таком состоянии пар и находится в камере Вильсона при внезапном расширении ее объема. Аналогичным путем можно перевести жидкость в столь же неустойчивое перегретое состояние. Перегретая жидкость используется в пузырьковых камерах, описанных в главе 7.
