Безумные идеи - Ирина Радунская

Светящийся хвостик электрона, вернее, электронов – их в жидкости во время этого опыта летит множество, – и увидел исследователь. Если бы свет, испускаемый электронами, распределялся равномерно, как при люминесценции, его, вероятно, обнаружили бы не скоро. Конусообразное распределение света в направлении движения электронов – вот что привлекло внимание Черенкова, вот что навело на мысль об особой природе этого свечения, вошедшего в историю науки как «свечение Черенкова – Вавилова».

Так объяснили Тамм и Франк странное на вид свечение. И их теория блестяще совпала со всеми опытами Черенкова, проделанными им за пять лет неустанного труда. Упорство Черенкова победило. Оправдались пророческие слова английского писателя Оскара Уайльда: «Верь в себя, и другие в тебя поверят». Черенков был убежден в том, что стоит на пороге неведомого. Эту убежденность подтвердили математические расчеты. В новое открытие в конце концов поверили все.

Знакомство продолжается

Но даже после того как теоретики свели концы с концами, увязали эксперимент с теорией, когда новое открытие было единодушно принято в лоно науки, Черенков продолжал работать в прежнем направлении. Продолжал чистить и менять тигли, возиться с грудой пузырьков и сосудов, в общем продолжал пестовать свое свечение.

Он понимал, что работа с новым видом излучения только начинается.

То, что наблюдал Черенков, было знакомством лишь с первой светящейся частицей – электроном. Но, кроме электронов – отрицательно заряженных частиц, наука знает много частиц, заряженных положительным электричеством. Это и мезоны, и протоны – ядра атомов водорода, и ядра более тяжелых элементов.

Исследователю не терпелось поставить и их на место электронов. Он предчувствовал, что и положительно заряженные частицы вещества, если их скорость достаточно велика, тоже способны сигналить светом. А если это так – в этом столько практических возможностей, что...

...И вот однажды – это было уже после Отечественной войны (война надолго прервала исследования) – сотрудники Черенкова взяли что-то вроде обыкновенного стакана, налили в него жидкость, а затем закупорили.

Потом отправились к ускорителю заряженных частиц. Там они поставили стакан на пути потока протонов, рождающихся в ускорителе, и стали наблюдать. В стакане вспыхнуло слабое сияние. Ученые усилили поток. Сияние стало ярче. Тогда они тщательно измерили силу свечения и угол, под которым было видно излучение, и, вынув блокноты, начали делать какие-то расчеты.

Работающие на ускорителе с интересом наблюдали за ними. Через некоторое время приезжие точно назвали величину скорости и энергии протонов. Они сделали это гораздо быстрее, чем делалось на ускорителе раньше, и всего лишь с помощью одного стакана. А ошиблись при этом меньше чем на 0,1 процента. Приезжие уверяли, что таким же способом они могут измерить и скорость любых других заряженных частиц!

Объясняя действие прибора, они напомнили о волнах, разбегающихся по воде от движущегося катера. И утверждали, что если бы на катере вышли из строя обычные приборы для измерения скорости, капитан смог бы определить его скорость, измеряя угол, под которым расходятся крылья носовой волны.

Вы, наверное, уже догадались, что в стакане с жидкостью образуется черенковское излучение, которое и помогло ученым определить скорость и энергию протонов. Стакан назвали счетчиком Черенкова и включили в список важнейших физических приборов.

Заметим, что к этому времени работа со счетчиками Черенкова упростилась еще больше. Появились фотоумножители, приборы, очень чувствительные к свету, улавливающие даже порции из нескольких световых квантов. Чтобы наблюдать черенковское излучение, ученым теперь не приходится часами сидеть в темноте. Специальные электронные приборы автоматически ведут подсчет фотонов черенковского излучения, замечая и то, чего не мог заметить самый натренированный глаз.

Счетчики Черенкова прогремели на весь мир. Ими был оборудован один из крупных американских ускорителей – бетатрон, дающий частицы с энергией 6,3 миллиарда электрон-вольт. Вскоре с их помощью было сделано замечательное открытие. В числе известных частиц были опознаны две новые, о которых еще не знал никто на свете, – антипротон и антинейтрон.

Черенковские счетчики стали одним из главных инструментов при исследованиях, проводимых на ускорителе – синхрофазотроне на 10 миллиардов электрон-вольт, построенном советскими учеными в городе Дубне и на всех других ускорителях.

Ленивых не замечать!

Счетчики Черенкова оказались способными не только определять скорость и энергию быстрых заряженных частиц, но могли (с высокой точностью) указать направление, откуда прилетели эти частицы. Ведь черенковское излучение имеет вид очень острого конуса с углом всего в один градус. И конус этот смотрит вдоль направления полета частицы.

О каком же еще, более удобном и точном приборе могли мечтать ученые, изучающие космические частицы, прилетающие на Землю из глубин космоса!

Ведь раньше, чтобы определить направление прилета частиц, надо было собирать сложные и громоздкие установки. Телескоп – так называлась одна из этих установок – состоял из целого набора счетчиков иного типа, чем черенковские, расположенных один за другим, да еще из специальной электронной схемы.

И такую установку смог заменить всего лишь один счетчик Черенкова!

Как же могли не воспользоваться ученые такой находкой? И уже в 1951 году они обнаружили черенковское излучение от мю-мезонов – особых ядерных частиц, содержащихся в космических лучах, а еще через год – от космических протонов.

Но и этим не исчерпались замечательные свойства счетчиков Черенкова.

Сама природа образования ударной световой волны приводит к тому, что они обладают еще одной важной особенностью. Они хорошо «видели» одни частицы, но не хотели замечать других. Они были избирательны в своем отношении к космическим пришельцам. Счетчики обладали, как сказал бы ученый, пороговым эффектом. Казалось, это огромный недостаток. Казалось, они могут пропустить, не заметить важную частицу! Но этот-то недостаток и обернулся достоинством.

Дело в том, что счетчик Черенкова не «хочет» замечать лишь медленные частицы. Те частицы, скорость которых меньше скорости света в веществе, из которого сделан сам счетчик, не создают в нем черенковского излучения, а значит, счетчик их не считает.

И чудесно! Ученые поняли: изготовляя счетчики из различных веществ, можно изменять величину пороговой скорости.

Так можно измерять скорость космических частиц, энергия которых столь велика, что ее невозможно измерить другими приборами.

Из пушки по воробьям

Эти замечательные особенности счетчиков Черенкова и дали им право полететь уже на первых советских искусственных спутниках и ракетах. И они не только помогли обнаружить корону Земли – три пояса заряженных частиц, ореолом опоясывающих Землю, но и дали возможность раскрыть секрет состава космических лучей. Над этим вопросом давно и безуспешно бились ученые. Как определить химический состав космических частиц? Как узнать, частицы каких элементов залетают к нам из космоса?

И тут проявилось еще одно уникальное свойство черенковских счетчиков. Они оказались способными определить не только скорость, энергию и направление прилета частицы, но и измерить ее заряд. Выяснилось, что чем больше заряд частицы, залетевшей в счетчик Черенкова, тем более яркий хвост сопровождает ее, тем большая часть ее энергии переходит 'в свет на каждом сантиметре ее пути. Тем более яркое свечение Черенкова она вызывает. Таким образом, яркость и сила свечения, острота светового конуса точно и однозначно указывают, какая частица залетела в счетчик, ядром какого элемента она является. Так ученые узнали, что в составе космических лучей есть ядра водорода, и гелия, и железа, и многих других элементов, имеющихся на Земле.

Благодаря счетчикам Черенкова люди узнали, что и Земля и далекие миры, которые прислали нам своих космических посланников, состоят из одних и тех же элементов, что химический состав вселенной везде одинаков.

Для исследования космического пространства приходится изготавливать счетчики Черенкова, имеющие очень малые размеры.

Но в институте, где работает Павел Алексеевич, стоит такой огромный бак с водой, что заглянуть в него можно, лишь забравшись по лестнице на второй этаж. В этом баке – самом большом в мире счетчике Черенкова – налито сто тонн воды! Просто не верится, что необходимо такое огромное сооружение для определения свойств частички, залетевшей в бак с неба!