И эти события смерти ядер и рождения вторичных частиц исправно регистрировали фотопластинки. Ученые увидели на них десятки звезд. Нет, не тех, что светят нам из глубин Вселенной. Звездами они образно назвали следы на фотопластинках, чем-то напоминающие кляксы, с большой силой посаженные на бумагу.
Энергичный пи-мезон, влетев в ядро, разрушил его вдребезги. В фотоэмульсии это событие оставило «звезду». Один из пи-мезонов, покинувших разрушенное ядро, — его след идет вниз направо — в свою очередь столкнулся с другим ядром и образовал новую «звезду».
След первичной частицы вдруг исчезал в черном кружке, а из него во все стороны летели брызги других следов. Это космическая частица с огромной энергией ударила в ядро и не только полностью разрушила ядерное здание, но еще придала его кирпичикам вдогонку внушительные скорости.
И виртуальные мезотроны, запрятанные в недрах ядер, стали реальными. Так из взорванного дома летят не только кирпичи, но и куски скреплявшего их цемента. Пауэлл обнаружил, что эти куски, как и предсказывал в свое время Юкава, существовали в свободном состоянии недолго — еще в добрую сотню раз меньше, чем открытые до того «подкидыши». И, прекращая свое существование, распадаясь, они рождали эти самые «подкидыши».
Типичная фотография распада пи-мезона. Пришедший снизу пи-мезон родил мю-мезон, а тот рядом же, просуществовав миллионные доли секунды, родил электрон. Моментам распадов отвечают два ясно видимых излома следов.
Вот откуда на Землю лился обильный поток жестких, почти не реагирующих с ядрами мезотронов! Эти мезотроны были даже не вторичными, а третичными частицами. Но это стало ясным лишь тогда, когда физики смогли подняться в верхние слои атмосферы с тем, чтобы разгадать тайну рождения мезотронов.
Новый «настоящий» мезотрон оказался почти в 270 раз тяжелее электрона. Прожив после своего освобождения из ядра лишь стомиллионные доли секунды, он умирал, рождая «подкидыш»-мезотрон, который жил уже в сто раз дольше и за это время успевал долететь до Земли. Масса его по уточненным подсчетам оказалась равной примерно 207 электронным массам.
Физики окрестили «настоящий» мезотрон пи-мезоном, а «подкидыш» мю-мезоном. Под этими названиями они будут фигурировать в нашем рассказе, пока не выяснится, что мю-мезон, в сущности, вовсе не мезон…
Но для этого должно пройти еще несколько лет.
Мю-мезон в «упряжке»
Мы пока проскочим эти годы. Они — тема особого разговора.
Сейчас же расскажем о том, как остроумные физики нашли хорошую работу «подкидышу». Помните, мы говорили, что мю-мезон почти ни в чем не отличается от электрона? Так полагали физики еще до войны, а последующие годы все более укрепляли их в этой мысли.
Заряд — такой же по величине и по знаку. Затем выясняется, что и спины того и другого в точности одинаковые. Сходство во всем, кроме массы. Мю-мезон начинают называть тяжелым электроном.
Зачем же природе наряду с обычным понадобилось создавать и тяжелый электрон? Этого никто не знает и поныне. Но вот разницу в их массах физики ухитрились использовать.
Они создали искусственные атомы. В этих атомах они посадили на электронные оболочки отрицательные мю-мезоны (в дальнейшем для краткости мы будем называть их «мю-минус»). В самом деле, это вполне возможно, хотя и требует незаурядных экспериментальных хитростей.
Прежде всего потребовалось получить достаточные количества таких частиц, а значит, и их родителей — пи-минусов. Причем не на огромных пространствах воздушного океана, а в крошечных объемах, в которых ведется опыт. Надо, кроме того, работать быстро: мю-минус живет лишь миллионные доли секунды.
Но за это время он успевает сделать полезное дело. Сев на электронную орбиту, он быстро проваливается с нее в глубь атома. Ведь он в двести с лишним раз тяжелее электрона. А значит, его орбита — если пользоваться моделью атома Бора — должна пролегать во столько же раз ближе к ядру, чем такая же орбита электрона в атоме.
Физики взяли атом свинца. Его порядковый номер в периодической системе — 82. Это означает, что в его ядре — 82 протона, а они притягивают электрон в 82 раза сильнее, чем единственный протон в водородном ядре. Результат нетрудно предвидеть: глубочайшая электронная орбита в атоме свинца расположится в 82 раза ближе к ядру, а глубочайшая орбита мю-минуса… да она, как показывает расчет, вообще должна войти в ядро!
Мю-минус, наверно, там шагу не сможет сделать. Шутка ли — толпа ядерных частиц. Она настолько плотна, что спичечная коробка ядерного вещества весит добрый миллиард тонн!
Но в мире атомов, как мы уже не раз убеждались, становится возможным многое из невозможного. Мю-минус проходит через сверхплотное вещество ядра куда легче, чем нож сквозь масло. В этом ему помогает то качество, из-за которого физики сочли его «подкидышем»: он очень слабо взаимодействует с ядерными частицами.
Предел путешествию мю-минуса в ядре кладет его собственная смерть. Но даже за тот ничтожный жизненный срок, что отпущен ему природой, он успевает совершить триллионы оборотов в ядре. А умирая, вызывает распад ядра, которое столь неосторожно предоставило ему гостеприимство.
Сев же на электронную оболочку, а затем с орбиты на орбиту проваливаясь в глубь атома, наш мю-минус испускает фотоны совсем так, как это делает электрон, прыгая с удаленной на близкую к ядру орбиту. Длины волн мезонных фотонов попадают в область рентгеновых лучей.
Слабенькое излучение! Атомы с мю-минусами (их назвали мезоатомами) совершенно затеряны в массе обыкновенных атомов да и живут ничтожно мало. Физикам, чтобы поймать излучение от них, пришлось пойти на очередную хитрость.
Они так подобрали пару из мезоатома и вещества, улавливающего рентгеновы лучи, что мезоатомные фотоны вышибали электроны из этого вещества. Например, в паре с мезоатомом фосфора работали атомы свинца. В этих условиях свинец особенно сильно поглощал рентгеновы лучи, и их удалось точно измерить.
Настоящий фокус! Но физиков вел не праздный интерес: по измерениям мезоатомного излучения удалось определить размеры ядер и сильно уточнить величину массы самих мю-мезонов. А это, как вы понимаете, весьма важно.
Обманутые надежды
В те же годы «подкидыш» второй раз приобрел скандальную славу. Он второй раз замаячил крупным открытием и опять сник, не оправдав надежд физиков.
В эти годы перед учеными витал призрак близкого осуществления управляемой термоядерной реакции. Физики были в плену надежды, что вот-вот двери в заветную область откроются и мир будет залит потоками даровой термоядерной энергии. Но этот желанный миг все отодвигался и отодвигался.
Сверхвысокие температуры, которые нужны были для начала заветной реакции, никак не удавалось получить. Раскаленная плазма оказалась неподатливой.
А зачем же плазма? — додумался советский ученый Яков Борисович Зельдович. Можно попробовать на антиподе ее — сверххолодном водороде, но заменив его атомы мезоатомами.
Сверхвысокие температуры нужны, чтобы силком сблизить ядра водорода — протоны, несмотря на их бешеную антипатию. Так иногда пытаются помирить врагов, стукая их головами друг о друга. Однако же это примирение можно устроить и более «деликатным» путем! Обычно враги не могут подойти друг к другу: их электронные одежды имеют сравнительно внушительные размеры. А сами эти одежды отталкиваются друг от друга не менее сильно, чем их обладатели.
А если заменить электрон мю-мезоном? Его орбита в атоме в двести с лишним раз меньше электронной! Ядра сблизятся в целых двести раз! И может быть, даже сольются. Тогда произойдет термоядерная реакция.
