Охотники за частицами - [38]
Так еще можно было говорить в первые годы после открытия Дирака. Но, с тех пор как место пустоты заняло в рассуждениях физиков поле, аннигиляцию приходится понимать как превращение вещества в поле. И круг замыкается: поле рождает частицы, частицы рождают поле. Вечный круговорот вещества и поля.
Позитрон открыл собой целый список античастиц. О том, как искали их охотники за частицами, мы расскажем в последующих главах.
Глава 5
Открытие невидимки
Наука — та же армия. Наука никогда не ведет наступление с одинаковой силой по всем фронтам. Сегодня — прорыв оборонительной полосы на одном участке фронта, завтра — на другом, послезавтра — на третьем. Только эти «сегодня», «завтра» и «послезавтра» подчас отделены друг от друга десятилетиями.
Неизмеримо широк фронт физики — от мельчайших частиц до гигантских галактик. Одновременное широкое наступление по всему фронту невозможно. Но когда идет успешное наступление на одних участках, на других не спят. Там внимательно прислушиваются к близкой канонаде и ждут своего часа.
В двадцатых годах нашего века в физике все более явно обозначается новый фронт — атомное ядро. Вслед за первыми, поразившими воображение ученых опытами Резерфорда следуют новые энергичные попытки расщепления ядер. И в результате ядро становится в представлениях ученых все более сложным, все более трудным для понимания.
В самом деле, на их глазах представление о ядре — скопище враждующих протонов, удерживаемых от разлетания лишь электронным клеем, становится все менее убедительным. Уже несложный расчет показывает, что ядро на электронном клею должно быть непрочным. Во всяком случае — ненамного прочнее атома.
Атом же, в сущности, не очень прочная конструкция. Высокие температуры, химические реакции, облучение светом и рентгеновыми лучами способны отрывать от него целые куски. Нам уже понятно, что речь идет об ионизации атомов. При достаточном усилии с атомов можно содрать даже всю электронную «шкуру» и оставить одно голое ядро.
Но, с другой стороны, это самое ядро не поддается никаким усилиям физиков. Высочайшие температуры и давления, сильнейшие электрические поля, самые ярые химические реакции не оказывают на него ни малейшего воздействия. Ядро, видимо, способно откликаться лишь на те частицы, которые оно само же породило. Так, например, и случилось в опытах Резерфорда по бомбардировке ядер альфа-частицами.
Получается так, как будто ядро — рекордсмен прочности в природе. Выходит, что цемент, на котором оно замешано, — не электронный цемент.
А квантовая механика добавляет к этому заключению еще одно неоспоримое свидетельство. Она утверждает, что электроны просто-напросто не могут поместиться в ядрах.
Поначалу это может обескуражить. Еще в начале века Гендрик Лоренц подсчитал по старой физике радиус электрона. Он оказался порядка десятитриллионных долей сантиметра. Опыты двадцатых годов, с другой стороны, показывают, что ядра атомов должны иметь размеры того же порядка. Почему же в таком случае электроны должны выпирать за рамки ядра?
Дело, однако, оказывается не столь простым. Квантовая механика — и не без оснований — утверждает, что электрон, а с ним, разумеется, и все другие кирпичики вещества — это не точки и не шарики вполне определенных размеров. Это, скорее, некие облачка, не имеющие никаких строгих границ, — «облака вероятности».
Что ж, теперь, когда мы немного познакомились с квантовой механикой, это не должно вызывать у нас особого удивления. Помните волну вероятности? Она же, строго говоря, не имеет в пространстве ни начала, ни конца — на то она и волна! Но зато, с другой стороны, она не одинаково сильна: облачко, которым теперь представляется частица, в одних местах очень густое, а во всех остальных — почти совершенно прозрачное. Что-то вроде клуба дыма.
Понятно, что чем больше вероятность пребывания частицы в таком-то месте, тем гуще в этом месте «дым». Поэтому физики чисто условно провели границу частицы там, где облачко становилось практически совершенно прозрачным.
Таким «дымовым клубом» физики представили и ядро. И оказалось при этом, что «клубы» протонных облаков, очень крошечные, хорошо укладывались в размеры (конечно, условные) ядра. Тогда как электронные облака расползались чуть ли не по всему атому, имеющему в тысячи раз бóльшие размеры.
Да, электроны явно не умещались в ядрах! Как же быть? И физики после долгих размышлений лишили электрон пристанища в ядре.
Но это было лишь полдела. Ядро продолжало себе спокойно жить и не разлетаться на кусочки даже без электронов. Какая-то пока неведомая причина не только удерживала от разлета бешено враждующие протоны (на таких малых расстояниях, как в ядре, сила их электрического взаимного отталкивания колоссальна!), эта причина сплачивала протоны в такие поразительно прочные коллективы, что их никакое усилие не брало. Было над чем ломать голову!
А что же квантовая механика? Чем она скрепила ею же «разрушенные» ядра?
Да ничем. Она сама пока не может сказать ничего положительного. Молчат теоретики. Слово за экспериментаторами.
А те пока безмолвствуют. Но они работают. Работают усерднее, чем когда-либо.
