Неизбежность странного мира

Но, согласитесь, у него были основания питать нежные чувства к нейтронам. И недаром призрачная пуля Паули получила из его уст трогательное имя «нейтрончик» — нейтрино.

А через четверть века, в 1956 году, нейтрино вдруг стало героем дня — с ним связались взбудоражившие ученых новые события в науке об элементарных частицах. Так разве не ясно, что физик в самом Деле имел право улыбнуться в ответ на наше недоумение: что может дать знание какого-то там импульса? Но был у него и еще один повод для улыбки — менее замысловатый, но не менее существенный.

6

Когда вам говорят — площадь комнаты такая-то, что можно сказать о ее длине и ее ширине? Ничего определенного: комната может быть квадратной, а может быть похожей на коридор. Вот так и импульс — произведение массы на скорость: его значение ничего не говорит о массе и скорости по отдельности.

Но, к счастью, есть еще одна легко измеримая величина, зависящая от скорости и массы частицы: энергия ее движения. Узнать бы еще энергию! Тогда сразу раскроет частица оба своих «секрета» — и массу и скорость. Природа ведь и вправду вовсе не держится за свои тайны, она готова разбазаривать их налево и направо, рассказывать когда угодно и кому угодно — нашелся бы умеющий слушать и понимать-Говоря о «секретах» частицы, мы признаемся, сами того не замечая, только в своей «глухоте» и «нерасторопности». Нужны два — уравнения, чтобы определить два неизвестных: скорость и массу. Величина импульса наполовину решает дело: она дает одно уравнение. Энергия может дать другое.

Надо услышать, что рассказывают про свою энергию со сцены туманной камеры космические частицы. Там они выступают перед исследователями как строители тоннелей из тумана. Кривизна тоннеля зависит от импульса. А массивность и длина? Очевидно, от затрат энергии, на какие способна частица, от ее энергетических ресурсов и от ее щедрости.

Около тридцати электроновольт нужно потратить частице на создание пары ионов в камере Вильсона. Частице приходится работать в пути, чтобы возникали центры туманообразования! Но когда силы ее иссякают, она останавливается, обрывается туманный след.

Заряженная частица работает своим электрическим полем. С его помощью взаимодействует она с электронами встречных атомов, отрывая их от ядер. Чем медленнее летит частица, тем больше возникает ионов, тем толще след. Но, стало быть, и траты ее больше — скорее иссякает богатство. А его и так было сравнительно немного: энергия медленной частицы невелика. Она сумеет выстроить хоть и массивный, но короткий тоннель. Это результат ее бедности и щедрости.

И вот частица быстрая миллиардерша, подобно протону из Дубны. Пролетая с огромной скоростью, успеет ли она вообще сколько-нибудь заметно поработать своим полем на единице пути? Успеет ли она потратить хоть немного своей громадной энергии на создание ионов? Тоннель, конечно, окажется очень длинным: энергии для трат у частицы сколько угодно — миллиарды электроновольт. Но не обрекает ли ее богатство на скупость? Не будет ли она. тратить из-за быстроты так мало, что тоннель выстроится кисейный, совсем прозрачный, еле различимый? Зачем тогда подставлять туманную камеру под космические лучи, где особенно интересны как раз частицы высоких энергий?

Конечно, теория относительности должна объяснить — почему же следы таких сверхскоростных частиц все-таки отлично видны в камере Вильсона. Именно такие частицы ощутимо демонстрируют наблюдателю в земной лаборатории, относительно которой они так быстро движутся, возрастание своей массы от скорости, замедление собственного хода времени и сокращение собственного масштаба длины. Оттого-то эти быстрые частицы называют релятивистскими — они целиком живут во власти законов теории относительности (а «относительный» по-латыни — «релятивус»)

Электрическое поле заряженной частицы окружает ее со всех сторон, как земная атмосфера окружает Землю, и частице вовсе не нужно ударять атом «в лоб», чтобы оторвать от него электрон. Частица задевает атомы своим электрическим полем, когда они толпятся вдоль трассы ее полета. Так жар раскаленной болванки обжигает еще на расстоянии.

Но есть невидимая граница, за которой жар не опасен. Есть невидимый предел, за которым поле летящей частицы становится таким слабым, что уже не может сорвать электрона с мимо идущего атома 1 — не может превратить атом в ион.

Вообразите, что на болванку дует сильный ветер: за ветром к ней можно подойти ближе, но зато с боков надо будет теперь держаться от нее подальше: облако жара сплющится, но раздастся в стороны.

И вот летит через газ релятивистская частица. Не изменяет ли огромная скорость и поле частицы так же, как массу, течение времени, масштаб длины? Этого следует ожидать из самых общих соображений: поле тоже вполне материально, и силы его не могут не зависеть от свойств пространства и времени. Эта зависимость сложна, однако физики ее, конечно, расшифровали.

Обнаружилось, что электрическое поле летящей частицы сплющивается в направлении полета, но зато раздается в стороны, как жар болванки, на которую дует встречный ветер. Когда скорость мала по сравнению со скоростью света, такое сплющивание совсем незаметно, как незаметно и увеличение массы тела при малой скорости. Но у релятивистских частиц окружающее их поле электрических сил превращается, по выражению одного физика, «в лепешку» — в уплощенный, зато широкий диск. И чем выше скорость, тем шире лепешка.

Атомы газа должны держаться подальше от трассы релятивистской частицы — ее «жар» может обжечь и отдаленных зевак. А так как атомы ведь не знают, что летит такая гостья, они не сторонятся. Вот и получается, что, хотя частица очень торопится, она успевает наработать достаточно ионов, чтобы создать за собою не кисейно прозрачный, но достаточно плотный тоннель из тумана.

Это маленький пример совершенно реального вмешательства теории относительности в лабораторную работу исследователей «первооснов материи».

Масса изменчива — относительна. Она зависит от скорости. Энергия обладает массой. Масса таит в себе огромную энергию. С этими истинами полувековой давности все уже освоились, или примирились, или свыклись: очень уж внушительны доказательства — водородная бомба, гиганты-ускорители, атомный ледокол!

Но об изменчивости пространственно-временных отношений в природе многие еще думают втайне на манер героини одного юмористического и грустного писателя. «А, — подумала она, — ерунда! Лукавая математика, отвлеченные штуки, никому это всерьез и не нужно…»

Пока люди не нырнули на фотонной ракете в межзвездное пространство, пусть хоть скромная земная туманная камера ответит с улыбкой: «Нет, товарищи, оказывается, не ерунда!»

7

Только теперь я понимаю, сколько лишних вопросов задавал на Арагаце и в Ереване, мороча голову занятым людям, эксплуатируя их профессиональную терпеливость, южную приветливость и восточное гостеприимство.

Я не знаю теперь, что мне делать с их ответами — куда девать даже интереснейшие детали их работы? А главное — я не знаю теперь, как справиться здесь с этими деталями? И еще — я совсем не уверен, нужны ли они здесь вообще?

Специалисты любого дела живут в беспокойном море подробностей. Неспециалисты в этом море мгновенно тонут. — Приходилось ли вам слышать, как разговаривают о шахматах гроссмейстеры и мастера? «Ход а5 впервые встретился в 1902 году в партии Чигорина против неизвестного сеансера, но позже Алехин показал, что в меранском варианте…» Нет-нет, если вы хотите узнать, что за штука шахматы, да вдобавок испытать наслаждение от игры, не обращайтесь к мастерам и гроссмейстерам. Вы ощутите не столько величие предмета, сколько свою ничтожность.

Слушая в Дубне, на Арагаце, в Москве разговоры физиков о космических лучах и элементарных частицах, я с отчаянием чувствовал, как иду ко дну в глубоком море подробностей. Давние университетские годы казались никогда и не бывшими. Но отсталость так или иначе можно было еще ликвидировать, упущенное — наверстать. Хуже было другое: современная физическая картина мира на глазах покрывалась сетью трещин и трещинок, как стенная старинная роспись. Или — как водная гладь покрывается мелкой рябью, переставая быть зеркалом, ясно отражающим небо, берега, окрестный мир…

Сначала все казалось равно важным. Груз подробностей рос. Рушилась надежда когда-нибудь вынырнуть на поверхность. Я, в самом деле, переставал видеть целое за частностями, напуганный их обилием и сложностью. Так отпугивают книги с дотошными комментариями, когда на каждой странице три строки основного рассказа и сорок строк петита непролазных дополнений и разъяснений. Основное ускользало; из лабиринта трещин и трещинок не было выхода.

Такова современная наука. На ее удивительной почве любой вопрос и вопросик разрастаются в ветвистое дерево: факты, факты, факты — проверенные и спорные; догадки, гипотезы, теории — состоятельные и несостоятельные; таблицы, кривые, фотографии, ссылки, имена, имена, имена — известные и неизвестные… Меня отпугивало то, что было в действительности силой науки наших дней, залогом ее успехов, причиной стремительности ее роста: множественность усилий ученых, интернациональность их связей, разветвленность и широта исканий.

Но выхода не было — я дал себе зарок: бросить подробности. Чем меньше их будет, тем лучше. Яснее выступит главное. И я старался держаться этого зарока. Но пришел черед рассказать хоть немного о том, как добывают исследователи элементарных частиц сведения о своих подопечных. Возникли в разговоре камера Вильсона, счетчик Гейгера-Мюллера, магнитно поле Капицы и Скобельцына, измерение импульса и энергии. И вдруг я перестал понимать, где главное, а где подробности.

8

Почему, заговорив о камере Вильсона, я молчу о диффузионной камере, люминесцентной, пузырьковой? Там частицы тоже оставляют видимые следы. У этих приборов, придуманных позже, есть свои громадные неоценимые преимущества.

Видимые следы оставляют частицы в толстослойных фотопленках. Этот способ начал разрабатывать в 30-х годах покойный ленинградский физик Л. Мысовский; другие довели его до высокого совершенства и сделали выдающиеся открытия, пользуясь этим методом. Как же обойтись в рассказе без фотопленок? Камера Вильсона, в сущности, уже история.

И вот я сижу в растерянности, не зная, о чем говорить и о чем молчать.

А тут еще счетчики заряженных частиц! Их десятки и сотни в ядерных лабораториях. Они участники всех свершений, всех замыслов, всех надежд исследователей первооснов материи. Почему я обмолвился о «Гейгере-Мюллере» только двумя словами — справедливо ли это?

И почему ничего не сказал о самом Гансе Гейгере? Он ведь был ближайшим помощником Резерфорда, его учеником и ассистентом, когда в 1911 году великий англичанин уверился в существовании атомного ядра. Гейгер вел решающие опыты, задуманные учителем, и Резерфорд называл его «демоном счета альфа-частиц», восхищался его талантливостью, поражался неутомимостью («Гейгер работал, как раб»). Разве можно было умолчать о том, как во время первой мировой войны учитель и ученик, немей и англичанин, «кровавые враги», тайно переписывались через. друзей в нейтральных странах; как Гейгер помогал жить и работать пленным английским физикам — ученикам своего учителя и среди них — знаменитому Чэдвику, первооткрывателю нейтрона, тогда еще молодому исследователю! Подлый и самодовольный национализм был не властен над умами и душами больших людей науки. Почему же я об этом забыл рассказать, когда речь зашла о счетчике Ганса Гейгера?

Трудно жертвовать любыми — подробностями — и научны-ми, и историческими, и просто человеческими.

Заговорив об этом незаменимом приборе исследователей, можно ли было не сказать, что есть в их распоряжении и другие, столь же важные, счетчики — сцинтилляционные, пропорциональные, черенковские… Вправе ли автор выбирать для своего рассказа только то, что ему заблагорассудится?

И снова: упомянув сейчас о Черенкове, вправе ли я сразу идти дальше, не рассказав, как двадцать пять лет назад аспирант академика Вавилова неожиданно наткнулся на явление, которого прежде никто не замечал?

…Павел Черенков, будущий ученый, изучал свечение растворов урановых соединений под действием гамма-лучей. А открыл он при этом свечение совсем иного рода: оказалось, что и чистые жидкости, без малейших следов урана, тоже слабо светятся при гамма-облучении.

Увидеть новое — большая заслуга. А увидев, не пройти мимо, то есть действительно поверить в новизну открывшегося, — заслуга не меньшая.

Напротив — гораздо большая, чем может показаться в спешке науки! Не раз ученые объявляли новизну мнимой, приписывая неизвестное неизбежным случайностям и ошибкам опыта. А потом хватались за голову: «Да ведь мы же наблюдали это раньше!» Помню университетский рассказ о лаборанте, который получил выговор за неаккуратность, хотя в необъяснимых странностях целой серии оптических опытов был повинен вовсе не он, а неизвестное дотоле микроявление. Странности не были оценены по достоинству сразу… Дело случилось в Московском университете давно, в 20-х годах, но такие истории не стареют.

Так справедливо ли было бы из-за одного того, что это «подробности», не рассказать, как академик Сергей Иванович Вавилов в 1934 году немедленно и сполна оценил новизну открытого его учеником явления; как учитель тотчас сказал, что это не гамма-кванты, а электроны — виновники нового свечения; как для объяснения черенковского эффекта объединили свои усилия ученые двух школ советских физиков: ленинградской — академика Вавилова и московской — академика Мандельштама; как через три года И. М. Франк и И. Е. Тамм дали законченную теорию излучения электрона, летящего через вещество со сверхсветовою скоростью; как потом Черенков принялся за новые опыты и подтвердил все выводы этой теории; как совместный труд наших исследователей обогатил мировую физику новыми знаниями и новым способом определения скоростей и масс заряженных частиц высоких энергий; как в конце концов четвертьвековая история этого открытия завершилась в 1958 году присуждением Нобелевской премии нашим ученым, среди которых, к сожалению, уже не было академика Сергея Ивановича Вавилова.

Можно ли было не добавить хотя бы этих беглых строк к упоминанию о черенковских счетчиках?

Вы видите: подробности мгновенно мстят за злоупотребление ими — только поддайся соблазну и не вылезешь.

Вот промелькнула фраза о сверхсветовой скорости электронов, а мы только что возвращались на минуту к теории относительности и, конечно, еще не забыли, что скорость света — недостижимый предел для любых физических тел, имеющих массу покоя. Можно ли оставить это противоречие неразъясненным? Очевидно, нельзя. Так еще два слова о черенковском эффекте.

Дело в том, что истинный предел скоростей — это скорость света в пространстве, свободном от вещества, — 300 тысяч километров в секунду. Но сквозь вещество свет движется не так быстро — что-то ему как бы мешает. Что же именно? Наверное, сложные взаимодействия фотонов с частицами и полями в веществе.

Не надо думать, что ворвавшийся в вещество фотон замедляет свое движение, чтобы потом, вырвавшись из вещества, вновь «набрать» скорость света в пустоте, Такие замедления и ускорения для фотона невозможны, — вы это, несомненно, помните! Надо рисовать себе происходящее так, что вдоль линии полета светового луча в веществе возникает своеобразная цепь фотонных смертей и рождений: атомы поглощают падающие кванты энергии, возбуждаются и снова приходят к устойчивости, излучая другие кванты. На всю эту чехарду теряется время. Получается, что свет идет через вещество медленней, чем через пустоту. Но эта его новая скорость есть просто скорость распространения взаимодействий — возбуждений и успокоений, порождаемых в веществе проходящей световой волной. И ясно, что покидает вещество совсем не тот фотон, который влетел в него. «Того» фотона давно уже нет, а есть его дальний потомок… Суммарный эффект таков: скорость света в воде всего 225 тысяч километров в секунду, а в алмазе — 120 тысяч. Ну, а такие скорости легко достижимы для электронов. И не только для электронов. Дубенский протон-миллиардер движется несравненно быстрее, чем световая волна в воде или стекле, не говоря уж об алмазе. Такие-то «сверхсветовые» заряженные частицы и вызывают свечение, открытое Вавиловым — Черенковым.

Вот как это происходит.

При гамма-облучении на жидкость падает град очень энергичных фотонов. Они заставляют осыпаться колосья-атомы и снабжают выбитые зерна-электроны огромной скоростью. Эти электроны летят сквозь жидкость, как заряженные релятивистские частицы сквозь камеру Вильсона. Но вообще-то совершенно безразлично, каково происхождение быстрых электронов. Как в туманную камеру, заряженные частицы высоких энергий могут врываться в жидкость или другую-среду извне, а не возникать в ней самой. Наконец совсем не обязательно, чтобы это были электроны. Тут все дело только в том, чтобы частицы были заряжены и обладали сверхсветовою скоростью для среды, сквозь которую лежит их путь. Это могут быть дубенские протоны, космические частицы, осколки атомных ядер — что угодно.

В популярных рассказах об эффекте Вавилова — Черенкова механизм излучения этих сверхсветовых заряженных частиц объясняется обычно так.

Их электрическое поле работает в пути Но знакомому нам образцу: оно обдает своим «жаром» встречные атомы и молекулы вещества, пытаясь создать ионы. Но у поля не всегда хватает на это сил и времени — летит «сверхрелятивистская» частица! Часто в задетых атомах электроны только смещаются относительно ядер — не отрываются совсем, а лишь смещаются из нормального устойчивого положения в неустойчивое.

Иными словами, электрическое поле летящей частицы одни атомы ионизирует, а другие только возбуждает: выводит из состояния равновесия.

Но вот стремительная частица миновала атом, истратив на возбуждение электронов немножко своей энергии, ее поле ушло вперед, чтобы дальше работать. А что тем временем произошло с задетыми атомами? Едва частица показала им свою спину, как возбужденные электроны поспешили вернуться в прежнее — устойчивое — положение. Нечаянно приобретенную энергию они теперь отдают: она излучается в виде порций электромагнитных волн. А так как энергия эта была сравнительно небольшой — поле ведь сумело лишь возбудить атомы, — порции получаются тоже сравнительно небольшие, как раз такие, какими являются фотоны видимого света.

А виновница происшедшего — сверхбыстрая частица — уже далеко от места рождения световых волн: она летит сквозь вещество быстрее, чем это делает свет. Электромагнитные волны от нее отстают и потому образуют позади расходящийся световой конус. Так за торпедным катером возникает на море расходящийся конус отстающих волн. Но волны на море расползаются медленно — их можно долго наблюдать. А световой черенковский шлейф за мгновенно пролетевшей частицей исчезает тотчас — он наблюдается, как короткая вспышка, как лаконичный сигнал: «Частица пролетела!»

Все понятно.

Свет испускают атомы среды, сквозь которую прокладывает Себе путь сверхсветовая частица, а не она сама. Но она возбудитель, она первопричина этого излучения. Она расходует на него свою энергию. А раз так, то можно вслед за Таммом и Франком увидеть в свечении Вавилова — Черенкова очень оригинальное явление природы.

Представим, что излучатель световых электромагнитных волн — сама сверхскоростная частица, попадающая в удивительное положение: она движется сквозь среду быстрее, чем может двигаться там ее же собственное электромагнитное поле! Ну, скажем, наш Дубенский протон, оснащенный 10 миллиардами электроновольт энергии, способен лететь сквозь воду со скоростью почти в 290 тысяч километров в секунду, а его электромагнитное поле на такой. подвиг в воде не способно: свет может пройти в воде за секунду только 225 тысяч километров. Положение и вправду удивительное — поле отстает от частицы. (Так отстают от нашего вперед устремленного тела полы плаща, когда мы очень быстро бежим. Отстают и тормозят наше движение. Они нам мешают, вынуждая напрасно тратить энергию и замедлять бег.)

Отстающее поле тормозит частицу. Она теряет энергию. Но ведь эта энергия сосредоточена в самом ее поле. И образно можно сказать, что частица теряет свое поле, теряет порциями — квантами. Она излучает свет! (Это похоже на то, как если бы мы. отрывали на бегу кусками полы плаща, дабы освободиться от этой обузы.) Так за сверхсветовой частицей появляется тот самый световой шлейф, о котором шла речь.

Когда снаряд или реактивный самолет летят со сверхзвуковою скоростью, мы слышим особый характерный свист или вой. Это их «звуковой шлейф». «Именно поэтому, — сказал Игорь Евгеньевич Тамм в своей нобелевской речи в Стокгольме, — выяснив совершенно аналогичный механизм излучения Вавилова — Черенкова… мы-стали называть это явление «поющими электронами».

Там же, в Стокгольме, через двадцать с лишним лет после создания теории «поющих электронов», Игорь Евгеньевич сделал интересное признание, которое должно прозвучать для нас как утешение в нашей непонятливости. Оказывается, когда математически все уже было сделано почти до конца и верные формулы уже прочно обосновались на бумаге, ни он, ни Илья Михайлович Франк еще не могли примириться с мыслью, что электроны движутся сквозь среду быстрее света. «Как это возможно?» — спрашивали они друг друга и придумывали разные способы, «которые для нас самих сегодня уже непостижимы», — сказал Тамм в Стокгольме, — разные способы избавиться от противоречия с теорией относительности. Только на следующий день после первого их доклада о «поющих электронах» на семинаре в Физическом институте академии они «внезапно узрели простую истину», что противоречие с Эйнштейном тут совершенно мнимое: для электронов запрещена скорость света в пустоте, только в пустоте, а не в среде!

Вы видите цену подробностей; все новые и новые подробности… Поневоле вспоминается бесконечная чаплиновская макаронина, с которой невозможно справиться.

Как же быть с подробностями? Поддаваться соблазну? Тонуть? Нет, зарок был уместен. И если сейчас придется его снова нарушить, то лишь потому, что надо все-таки досказать, как определяют физики энергию космических частиц, как они узнают их скорость и массу.

9

Туманный след в камере Вильсона — это история энергетического расточительства частицы. Если она останавливается и след ее обрывается, значит она дошла до полной нищеты. Так по длине и массивности тоннеля из тумана можно судить, во что обошлось частице путешествие по камере — какова была ее энергия движения в момент появления на сцене.

А если частица не остановилась, но прочертила своим туманным следом все пространство камеры сверху вниз, пронизала дно и ушла из поля зрения ученых, как быть тогда? Ведь она унесла с собою часть нерастраченной энергии и не потрудилась сообщить, какова эта часть. Ясно, что тогда изучение следа ничего не скажет физикам об ее первоначальном богатстве, кроме того, что оно было, очевидно, нешуточным.

Вот теперь можно, наконец, ясно представить себе, какую роль обязаны правильно сыграть частицы, чтобы заслужить право сниматься в мгновенных научных фильмах. Пройдя барьер из счетчиков над туманной камерой, они должны затем щедро растратить всю свою энергию на ионизацию в камере Вильсона — они должны в ней остановиться. А если они этого не сделают и часть своего энергетического богатства утаят, им не удастся самосфотографироваться. Обмануть режиссеров-физиков они не могут это исключено!

Под камерой выложен такой же сплошной барьер из счетчиков Гейгера, как и над нею. Транзитная частица, летящая без остановки, не сумев истратиться в туманной камере до конца, врезается в этот нижний барьер. Там она порождает такой же короткий удар электрического тока, как и в верхнем барьере. А устройство, командующее съемкой придумано так, что этот второй удар тока аннулирует действие первого. Не вспыхивают юпитеры, не расширяется камера, не срабатывают затворы съемочных аппаратов. Частица-обманщица остается неузнанной, промелькнувшей бесследно. Физикам с нею нечего делать.

Из каждой счастливой идеи ученые стремятся извлечь все, что возможно. Камера Вильсона в магнитном поле — это была счастливая идея. Но на Арагаце камера и поле разделены. Все происходит так, как было рассказано, и вместе с тем совсем не так.

Суть в том, что привередливые режиссеры-физики заставляют пожелавшую сниматься частицу сначала продемонстрировать ее импульс, а потом — энергию. Они снимают гостью дважды: сперва в полете через сильное магнитное поле, когда она показывает, как искривляется ее путь, а затем — в полете через туманную камеру, где она показывает, какие энергетические траты ей по плечу.

Все бы хорошо, да только непонятно, как удается физикам фотографировать полет частицы вне камеры Вильсона? Чем отмечает она свой путь до того, как начинает оставлять туманный след? Нетрудно догадаться: ведь еще на подступах к камере частица объявляет о своем прибытии на, Арагац коротким ударом электрического тока в счетчике Гейгера, попавшемся на ее пути. Этот мгновенный ток командует съемкой, но он мог бы выполнять и более простую работу — зажигать маленькую лампочку на щите.

Остальное — простая геометрия. Падая сверху вниз, частица встречает по дороге к туманной камере не один, а несколько сплошных барьеров из счетчиков Гейгера. Это похоже на этажерку: барьер над барьером, как полка над полкой. А в стороне на щите — такие же сплошные горизонтальные ряды крохотных неоновых лампочек: сколько барьеров — столько рядов, сколько счетчиков — столько лампочек. В каждом ряду зажигается та, что получила сигнал от своего счетчика: «Только что меня посетила частица!»

Так на щите — его красиво называют световым табло — возникает неоновый пунктир, как на городской рекламе. Этот пунктир повторяет реальный путь частицы.

А теперь нужно лишь добавить, что этажерка из счетчиков поставлена между полюсами сильного магнита. (Втащить его на Арагац в ту пору, когда дорога кончалась у Бюракана и надежными вездеходами служили только низкорослые ослики, было настоящим подвижничеством.) Магнитное поле превращает путь космической гостьи в дугу окружности — неоновый пунктир на световом табло отражает кривизну этой дуги. Любую окружность можно восстановить по трем точкам. Так, по неоновым точкам физики восстанавливают дугообразную трассу космической частицы в магнитном поле, чтобы узнать ее импульс — ее «количество движения» — произведение массы на скорость.

Проскочив магнитное поле и отметив свой путь вспышками неоновых лампочек, частица врывается в туманную камеру и снова попадает на «этажерку» — теперь это сцена, расслоенная на этажи горизонтальными пластинами из свинца или меди. Зачем здесь нужна многоэтажность, зачем тут помещены пластины?

Вы помните: частица должна остановиться в камере Вильсона, чтобы растратить свою энергию до конца. Пластины помогают ей это сделать: пробиться через миллиметровую толщу свинца стоит частице таких же затрат, как пронизать стометровую толщу воздуха. Не будь пластин, лишь очень слабенькие частицы останавливались бы в туманной камере, остальные прошивали бы ее. насквозь, так и не рассказав физикам о своих энергетических запасах.

Вот мы и подошли к концу лабораторных подробностей, хотя физик сказал бы, что только тут они и начинаются!..

Совершив все, на что обрекли ее исследователи-режиссеры, пройдя, магнитное поле с барьерами счетчиков и остановившись в одной из пластин туманной камеры, частица устало рапортуется правильно сыграла свою роль — честно описала дугу меж магнитных полюсов и честно истратила всю энергию на создание туманного следа, неоновые лампочки еще горят, и след еще не расползся, пожалуйста, снимайте!» И тогда срабатывают затворы съемочных аппаратов: одни аппараты запечатлевают световой пунктир на табло, другие — трассу из тумана в камере Вильсона.

10

Идеи экспериментаторов часто бывают остроумными. Реже обладают они еще и зримой скульптурной отчетливостью. Или графической ясностью. Когда эти черты эксперимента бросаются в глаза, начинаешь думать, что в ученом сидит еще и художник.

Всегда и везде физик требует от своих опытов точности сведений, их однозначности и полноты. Для создания опытной установки современная техника предоставляет в распоряжение ученого массу возможностей — выбирай! Постепенно отпадают варианты ненадежные, дорогостоящие, неосуществимые по каким-нибудь причинам. И все же в конце концов еще остается выбор — можно эдак поставить опыт, а можно так… На чем же остановиться? В этот последний момент, когда все уже взвешено, ученый, наверное, перестает быть только безотказно действующей логической машиной.

В нем просыпается еще и художник. Он вдруг начинает заботиться о таких, бесконтрольных и необязательных вещах, как простота, грация, наглядность и соразмерность… Решительно никто не может с точностью сказать, что это такое? Когда таких качеств нет — в книге ли, в картине, в музыке, в эксперименте, даже в математической формуле, — их отсутствия часто не замечают. Но когда они есть, каждый с радостью чувствует это.

Грация, вероятно, проявляется в минимуме усилий для достижения максимального результата. Примерно так думал Чехов о грации в искусстве. В экспериментах ядерной физики иногда поражает особая грация «экономного чуда» — простота превращения незримого и неслышного в явное и осязаемое. В этом был один из соблазнов рассказывать про Арагац.

Мне хотелось, чтобы и вы, как я, почувствовали не только дух приключений, но и художнический дух в киносъемках на Арагаце. Он там неотразимо присутствует, — поверьте на слово, если вас не убедило рассказанное.

…Годос — по-гречески «путь», скопео — «смотрю». Череда барьеров из счетчиков на пути космической частицы в сочетании со световым табло из неоновых лампочек по праву называется годоскопом — прибором, показывающим путь частицы.

Годоскоп в магнитном поле плюс камера Вильсона — один из вариантов придуманной на Арагаце установки: магнитного масспектрометра Алиханова и Алиханяна. Вариант начала 50-х годов. Это как бы главный съемочный павильон Арагацкой физической киностудии. В его названии отражен весь смысл режиссерской работы тамошних физиков.

Весь смысл! Весь пафос, все надежды, все трудности, вся горечь, все упорство их многолетней работы.

В самом деле, импульс и энергию измеряют на Арагаце не любопытства ради, но с единственной целью — определить возможно точнее массы отдельных частиц. Попутно определяется и скорость как второе неизвестное в системе двух уравнений: импульс — энергия. И к скорости частиц у физиков интерес тоже отнюдь не праздный. Но все-таки скорость — дело второстепенное. Это не постоянное свойство частицы, а только ее богатство, которое можно с равным успехом накопить и потерять. От — скорости природа частиц не зависит: электрон остается электроном, покоится ли он или движется, как человек не становится чем-то другим оттого, что он превращается из пешехода в авиапассажира.

А вот масса покоя частицы — это свойство существенное, постоянное, ненаживное! Так же как электрический заряд, масса покоя определяет саму природу частицы. Или определяется ее природой. Почему это так — физика сегодня объяснить еще не может. Но что это несомненно так, говорит ученым весь опыт изучения микромира, все факты науки.

Разумеется, эта масса покоя относительна, как и сам покой. Остановившись в туманной камере, частица все-таки продолжает лететь вместе с Землей вокруг Солнца со скоростью 30 километров в секунду. Относительно Солнца ее масса покоя иная, чем относительно Земли. Но, измеряя энергию и количество движения частиц в лабораториях, покоящихся на Земле, физики узнают и массу земного покоя пришельцев из космоса.

Частицы сравнивают по их массе, как во времена Менделеева элементы различали по их атомным весам. Конечно, химики изучали и множество других свойств химических элементов и вовсе забывали об атомных весах, когда, скажем, говорили об одних веществах, что они металлы, а о других, что они металлоиды. Так и сегодня — физики уже многое знают про элементарные частицы, а не только величины их масс. Но когда в XIX веке открывали новые элементы, химики прежде всего отвечали на вопрос: «А каков их атомный вес?» В наши дни похожий вопрос начинает терзать физиков, едва возникает надежда, что есть еще неизвестные элементарные частицы материи: «Какова их масса покоя?»

Даже вопрос о заряде частиц отодвигается на второй план, да он и легко разрешим, Главное — «какова их масса покоя?».

Радуга — спектр. В переводе с латыни — «видимое». Основа солнечного спектра в радуге — различие в частоте электромагнитных колебаний световых лучей разного цвета. Так и говорят — «спектр частот». К чему угодно приложимо понятие спектра, лишь бы существовала ясно различимая последовательность величин одного и того же рода: «спектр скоростей», «спектр энергии», «спектр масс».

Когда в начале 40-х годов братья Алиханов и Алиханян начали с большими надеждами свои многолетние исследования состава космических лучей, они, естественно, постарались основать лабораторию в поднебесье — там, где атмосфера еще не настолько разрежена, чтобы трудно было дышать и работать, но где плотность воздуха и его поглотительная способность все же достаточно малы, чтобы на приборы падало гораздо больше космических частиц, чем в земных долинах. И так же естественно они назвали свою экспериментальную установку масспектрометром: их занимал спектр масс в потоке мельчайших пылинок вещества, приходящих на Землю из глубин мирового пространства, и в ливнях других пылинок материи, порожденных в самой земной атмосфере.

И когда мы говорили о «космических гостях», о «пришельцах из космоса», это было не столько точно, сколько красиво: в главном съемочном павильоне на Арагаце может с одинаковым правом самосфотографироваться и частица, действительно пришедшая из далекого далека и вполне земная частица, родившаяся в воздухе или даже в веществе потолка лаборатории. Как это ни странно, но для исследователей «первооснов материи» такие вторичные частицы даже интересней гостей издалека.

Почему? Да потому, что гости издалека — это уже давно — знакомые ученым атомные ядра. В подавляющем большинстве — простейшие водородные ядра, обыкновенные протоны.

Конечно, физикам не сразу стало это известно.

В двадцатых годах думали, что всепроникающие космические частицы — просто очень энергичные фотоны, иначе говоря — гамма-кванты. И только. Их называли даже ультрагамма-фотонами, и кто-то окрестил само космическое излучение ультралучами. Долго бытовало это старое название, в котором так звучно отразилось былое заблуждение исследователей.

Когда оно было опровергнуто, физики стали думать, что из космоса приходят к нам электроны, Но и такое предположение оказалось ошибочным.

До протонов очередь дошла только в сороковых годах. И в том, что ученые окончательно убедились в ядерной природе гостей издалека, была большая заслуга многих наших экспериментаторов-космиков, проводивших исследования в горах и в стратосфере.

Разумеется, космические протоны ничем не отличаются от ядер земного водорода и сами по себе они вряд ли возбудили бы острое любопытство исследователей элементарных частиц. Весь интерес, который питают к ним физики, особенно экспериментаторы, корыстного происхождения: эти протоны, залетающие к нам из космоса, совершенно бесплатно снабжены колоссальной энергией. Расходы на их ускорение взяла на себя вселенная, за что экспериментаторы ей весьма благодарны. Почти световые скорости, — те десятки, сотни, тысячи и даже миллиарды миллиардов электроновольт энергии, какими перегружены пришельцы из мировых глубин, — делают их незаменимыми участниками физических экспериментов, нечаянно проводимых самой природой в воздушном океане. Эти протоны — действительно могучий молот Космоса. Он бьет по веществу нашей атмосферы, покоящейся на Земле-наковальне. И эти удары вызывают бесценные для физиков искры ядерных превращений. И что всего ценнее — превращений самих элементарных частиц.

Вот тут-то исследователи «первооснов материи» и погружаются в область тончайшей алхимии. И знают: здесь их могут подстерегать любые неожиданности. Эти искры, эти вторичные частицы, — по правде говоря, они уже недостойны носить высокое и таинственное звание космических, — рассказывают о мире «первооснов» такие поразитёльные новости, каких никогда не смогли бы сообщить истинно космические, залетные протоны. Рождаясь в результате насильственного вторжения таких протонов в глубинную структуру материи, вторичные частицы выдают секреты этой структуры. И легко понять, почему несколько лет назад академик Д.В. Скобельцын сказал: «Я думаю, что, если проследить за историей физики в последнее время, страница, относящаяся к развитию наших знаний о космических лучах, быть может, окажется одной из наиболее интересных и увлекательных».