Владимир Львов - Альберт Эйнштейн

Начав со сравнительно небольшой установки, умещавшейся на лабораторном столе, Лоуренс к 1939 году превратил свой циклотрон в довольно внушительное сооружение. Вес одного лишь электромагнита в нем достигал 200 тонн, а диаметр полюсных наконечников магнита — полутора метров. Описав около 300 полных оборотов и набрав до 8 миллионов электроновольт энергии, протоны, выброшенные этой огромной пращой, оказывались в распоряжении экспериментатора… Можно ли было рассматривать эту машину как предел достигнутых возможностей? Конструкторы-практики отклоняли подобную мысль. Предполагалось строить новые установки того же типа, все больших и больших размеров.

Новое и давно учитываемое теоретиками обстоятельство опрокинуло эти надежды! Рост скорости частиц и постепенное ее приближение к скорости света обещали неминуемо привести к известному результату: расчеты обычной, ньютоновской механики должны были перестать служить, и циклотроны, построенные по этим расчетам, выйти из строя. Что следовало ожидать конкретно? Механика теории относительности предсказывает, как известно, резкое возрастание массы любого тела по мере приближения его скорости к быстроте света. Масса протона, ускорившегося, например, до такой степени, что его энергия движения становится равной 10 миллионам электроновольт, должна увеличиться на 1 процент против «массы покоя». Отяжелевший протон начнет ощутимо замедляться, запаздывать в своем движении, что немедленно же нарушит настройку циклотрона. Эта настройка основана как раз на точном равенстве времен обращения частиц по виткам спирали. При нескольких миллионах электроновольт прирост массы может быть еще нечувствительным, и циклотрон будет работать нормально. Начиная с 10–12 миллионов, как предсказывала теория, надо ждать нарушения режима и прекращения работы машины.

Это предсказание оправдалось!

Теория относительности Эйнштейна вторгалась, в первый раз в своей истории, в работу конструкторов и инженеров, вторгалась пока еще отрицательным, лимитирующим образом. Но то был лишь первый этап. Следующим шагом должна была стать реконструкция техники ускорителей частиц на основе теории относительности. Тот же самый закон природы, который в одних условиях создает преграду для человека, может быть обращен, может быть повернут, как бывало уже не раз, на преодоление преграды! Это было сделано без промедления. Первые варианты новых идей, вынесенные на заседание принстонского семинара, были доложены и обсуждены в присутствии Альберта Эйнштейна.

Проект установки, получившей позже название «бетатрона», предусматривал, в частности, возможность огромного убыстрения легчайших атомных телец-электронов, для которых «релятивистский» [63] [63] То есть требуемый теорией относительности. рост массы практически сказывается уже на самых ранних этапах разгона. (Электроны почти в 2 тысячи раз легче протонов, и вследствие этого они набирают скорость, при прочих равных условиях, в 2 тысячи раз более быстрым темпом, чем протоны.) Уже при кинетической энергии в 2 миллиона электроновольт электроны мчатся с быстротой, равной 98 процентам скорости света, и масса, их увеличивается вдесятеро по сравнению с массой в состоянии покоя! Весь расчет работы электронных ускорителей, от начала и до конца, должен, таким образом, вестись на основе механики теории относительности. Наиболее полный и точный расчет такого рода — Эйнштейн прочитал об этом с нескрываемым любопытством в одном из научных журналов — был произведен вскоре русским физиком Яковом Терлецким из Московского университета Ломоносова, и русские же ученые Иваненко и Померанчук выяснили в дальнейшем теоретический предел для увеличения энергии частиц в бетатроне.

Дело в том, что, в отличие от циклотрона, частицы «прокручиваются» тут не по спирали, а по стабильной окружности, совершая не сотни, а сотни тысяч оборотов, прежде чем обрушиться на мишень. Это позволило сильно поднять потолок энергий, достигаемых в бетатроне. Однако, как показали Иваненко и Померанчук, более 200–300 миллионов электроновольт здесь выжать все же трудно, потому что при очень больших круговых скоростях электроны начинают излучать энергию в форме света, начинают светиться прямо на глаз сперва красноватым, а потом голубовато-синим сиянием! К этому надо было добавить, что бетатрон не может быть использован для разгона самых важных атомных снарядов — протонов и других заряженных ядерных телец. Все это требовало в дальнейшем новых идей и новых технических усилий, и основой для этих усилий продолжала оставаться механика теории относительности, механика Альберта Эйнштейна.