Но теперь счет времени начинает вестись именно на эти мгновения. Путь между счетчиками известен. Скорость — из примерного знания энергии и импульса частиц — тоже. А затем по простенькой формуле подсчитывается и время пролета искомых частиц в телескопе. При тех гигантских, околосветовых скоростях, которыми обладают частицы, это время ничтожно — миллиардные доли секунды.
Счет неуловимым мгновениям может вести только совершенная электроника. И она исправно ведет его. Частица засчитывается только в том случае, если через второй счетчик она пролетела с определенным запозданием после первого счетчика.
Вот и все. Сколько бы разных частиц с одинаковым импульсом ни пролетало через счетчики, электроника замечает лишь частицы с определенной скоростью, иными словами — с заранее назначенной массой.
Этот остроумный метод сортировки получил название метода запаздывающих совпадений. Теперь, сколько бы, например, пи-мезонов ни летело сквозь счетчики, они отворят «ворота» — допустим, камеры Вильсона — только, скажем, ка-мезонам.
В результате капкан не будет захлопываться без толку от каждого зайца. И будет ловить одних лишь волков. А это очень важно: ка-«волк» попадается куда реже, а потому ценится физиками гораздо дороже, чем пи-«заяц».
Сортировку разных частиц с одинаковыми импульсами можно произвести и по-другому, не вмешивая в это дело измерительные приборы. В густом потоке частиц они, случается, тоже ошибаются. Особенно если нужно вычесать из обильного потока знакомых частиц случайно затесавшиеся в него менее знакомые.
Теперь в ход идет электрическое поле. Оно ведь тоже сбивает частицы, но уже в зависимости от их скорости и массы порознь. Электрическое поле не то, что магнитное: его уже одинаковым импульсом не обманешь. И вот сбивает электрический ветер легкие и быстрые частицы сильнее, чем более тяжелые и медленные.
Но электрический ветер — и мы это уже знаем — при доступных напряженностях поля гораздо слабее магнитного ветра. Поэтому приходится действовать этим ветром на частицы дольше. Магнит уже на одном метре сильно собьет частицы в сторону. Электрическому ветру для этого нужен уже добрый десяток метров.
Такие установки физики назвали сепараторами. Они действительно отделяют «сливки» редких частиц от «молока» сотен обычных. Но очень уж велики они! Нельзя ли сделать поменьше?
Электромагнитный сепаратор частиц. Внутри длинной трубы сильное электрическое поле разделяет частицы одного знака заряда и одного импульса по массам — что-то вроде электрической призмы. Скорость разделяемых частиц столь велика, что даже при сильном электрическом поле приходится из-за малого отклонения частиц в стороны делать очень длинную трубу.
Можно, говорит Владимир Иосифович Векслер. Но для этого надо взять быстропеременное электрическое поле. Ускоритель выбрасывает вторичные частицы сгустками. Магнит сортирует их по импульсам.
И если в рассортированном потоке летят частицы, скажем, с двумя различными массами, то они создадут два сгустка. Можно так подобрать частоту электрического поля, чтобы оно пролетевший первым сгусток более легких частиц отклонило, например, вправо. А к моменту прилета сгустка тяжелых частиц поменяло бы свое направление и отклонило этот сгусток влево.
Вот и все. Теперь оба сгустка частиц разделены не хуже, чем положительные и отрицательные частицы после прохождения магнита!
Арсенал пополняется
Снимем одну из черных коробок на штанге телескопа. Вы ожидаете увидеть стеклянную ампулу счетчика Гейгера. Ничего подобного — перед вами блестит какой-то крупный кристалл.
Да, счетчик Гейгера в физике высокоэнергичных частиц сегодня скромно отходит в сторону. Чем быстрее летят частицы, тем активнее они разрушают ядерные семьи, но тем меньше у них остается времени, чтобы обращать внимание на электронные шкуры атомов. Что там мелкая электронная дичь по сравнению с заманчивой ядерной добычей!
Результат нетрудно предвидеть — ионизация падает. То один, то другой энергичный зверь проскочил бесследно через счетчик. Это неприятно. Физики не желают упустить ни одной интересной частицы.
На смену счетчику приходит кристалл. В нем атомы упакованы гораздо более плотно, чем в газе счетчика. А значит, и вероятность ионизации будет больше. Быстрые частицы вызывают в кристалле вспышки света — те самые вспышки, которые некогда до рези в глазах считал «белый раб» Резерфорда — Ганс Гейгер. И которые заставили его в конце концов «восстать» и придумать счетчик.
Заглянув в этот зал, Гейгер остался бы доволен. Человеческий глаз заменила работающая без устали электроника. Попробуйте снять кристалл — это вам не удастся. Он приклеен к трубочке, похожей на флейту. Это фотоумножитель: он превращает слабенькую вспышку света в сильный импульс электрического тока. Импульс тока по тоненькому проводу уходит под пол в большой светлый зал — царство электроники, где засчитывается приборами.
А вот и другие счетчики — черенковские. Когда Эйнштейн установил, что ни одна вещественная частица, ни одно тело не могут двигаться со скоростью не только большей, но и равной скорости света, то он под скоростью света понимал скорость в совершенно пустом пространстве. А в стекле, например? В стекле свет распространяется почти в полтора раза медленнее. И что же, частицы в стекле не могут превысить скорость света?
Над этим никто не задумывался — нужды не было. И долго не было бы этой нужды, если бы в 1934 году молодой советский ученый Павел Александрович Черенков не обратил внимания на слабое свечение. Оно возникало в обыкновенной воде всякий раз, когда в нее влетала быстрая заряженная частица.
Под действием медленных частиц вода не светилась. Так что новое свечение не могло иметь такую же природу, как и то, над которым «мучился» Гейгер.
Черенков рассказал о неожиданной находке своему учителю Сергею Ивановичу Вавилову. Тот поделился известием с теоретиками Игорем Евгеньевичем Таммом и Ильей Михайловичем Франком. И в результате долгих дискуссий через три года в закон Эйнштейна было внесено «уточнение», а в физику — новое явление.
Есть в физике смешно звучащее понятие: «усы Маха». Это действительно усы, но не на лице известного ученого, а, например, на воде. Они расходятся от носа катера, спешащего по реке. Их легко видеть перед носом сверхзвукового самолета.
Причина их появления одна и та же: скорость движения катера превосходит скорость волн на поверхности воды, скорость полета самолета превышает скорость звуковых волн в воздухе. Именно такие «усы» и узрели наши ученые в свечении, обнаруженном Черенковым. Только не водяные, не воздушные, а световые.
Ну что ж, интересное явление, молвили физики и почти забыли о нем. Но, когда физика обратилась к сверхбыстрым частицам, об этом явлении пришлось вспомнить. Оно идеально подходило для регистрации таких частиц.
Для счетчиков Гейгера надо тщательно подбирать и очищать газ. Вспышки света дает не любой кристалл. Черенковский же свет наблюдается в любом веществе, лишь бы оно было прозрачным. И еще одно приятное обстоятельство — порог: если скорость частицы меньше этого порога, то свечения нет. Значит, такой счетчик сразу отсеет частицы, скорость которых меньше скорости света в его веществе. Подбирая ряд разных веществ, можно получить набор таких порогов. Это очень удобно.
И, как запоздалое признание огромной важности этого открытия для физики частиц, Черенкову, Тамму и Франку (Вавилов к тому времени умер) в 1960 году была присуждена Нобелевская премия.
Ученый тем временем подводит нас к новому прибору. От прибора тянутся толстые шланги под пол, местами на его металлической поверхности виден иней. Низкие температуры? Ученый согласно кивает головой и добавляет: минус двести пятьдесят градусов.
