Лоуренс Краусс - Таємниці походження всесвіту

Як же їм досягти таких енергій? Ніяк. Оскільки, навіть якби електрони були міцно прив’язані електронними силами до протонів усередині ядра, енергія зв’язування, що виділялася б у процесі їхнього «падіння» в ядро, була б більш ніж удесятеро меншою за енергію, необхідну для утримання квантово-механічної електронної хвильової функції в ділянці в межах ядра.

Хай там як, цифри не сходилися.

Тогочасні фізики знали про цю проблему, проте змирилися з нею. Підозрюю, що такий агностичний підхід вважали обачливим, і фізики були ладні притримати свою недовіру доти, доки не знатимуть більше, адже ці проблеми стосувалися найпередовішої фізики квантової механіки й атомного ядра. Замість висунення нових екзотичних теорій (можливо, десь на маргінесі якісь і були, проте мені вони невідомі) спільнота зрештою під впливом експериментів поборола природне вагання й зробила логічний наступний крок: дійшла висновку, що природа складніша за те, що було відкрито на той момент.

1930 року, приблизно в той час, коли Дірак змирився з можливістю, що його античастинки все-таки не є протонами, низка експериментів надала саме ті підказки, які були необхідні для вирішення ядерного парадоксу. З поетикою цих відкриттів може посперечатися хіба що драматизм особистих життів дослідників.

Макс Планк допоміг розпочати квантову революцію, розв’язавши парадокс спектра випромінювання, випущеного атомними системами. Тож було цілком логічно, щоб саме Планк опосередковано посприяв розв’язанню парадоксу зі складом ядра. Хоча він особисто не був на вістрі відповідних досліджень, він розгледів таланти Вальтера Боте – юного студента, який вивчав у Берлінському університеті математику, фізику, хімію й музику, – і 1912 року взяв його до себе в докторанти та лишався його наставником впродовж усієї своєї кар’єри.

Боте винятково пощастило бути учнем спершу Планка, а невдовзі по тому – Ганса Ґейґера, відомого своїм лічильником. На мою думку, Ґейґер є одним із найталановитіших фізиків-експериментаторів, обділених Нобелівською премією. Ґейґер починав свою кар’єру, здійснюючи разом з Ернестом Марсденом експерименти, якими скористався Ернест Резерфорд для відкриття існування атомного ядра. Ґейґер якраз повернувся з Англії, де працював із Резерфордом, аби очолити в Берліні новостворену лабораторію, і одним із перших його кроків було прийняття на роботу Боте як асистента. Там Боте навчився зосереджуватися на важливих експериментах, використовуючи прості підходи, що давали негайні результати.

Повернувшись після п’ятирічної «мимовільної відпустки» у «ролі» військовополоненого в Сибіру впродовж Першої світової війни, Боте налагодив чудову співпрацю з Ґейґером, зрештою змінивши того на посаді директора лабораторії. Упродовж спільно проведеного часу вони започаткували використання «методів збігів» для вивчення атомної, а зрештою і ядерної фізики. Використовуючи розміщені навколо мішені різноманітні детектори та точний хронометраж, вони мали змогу шукати одночасні події, які сигналізували, що їхнім джерелом мав бути одиничний атомний чи ядерний розпад.

1930 року Боте і його асистент Герберт Бекер стали свідками чогось зовсім нового й несподіваного. Бомбардуючи ядра берилію продуктами ядерного розпаду, які дістали назву альфа-частинок (на той час уже було відомо, що це ядра гелію), вони помітили витік абсолютно нової форми високоенергетичного випромінювання. Це випромінювання мало дві унікальні риси. Воно було більш проникне за найенергетичніші гамма-промені, проте подібно до них складалося з електрично нейтральних частинок, тож при проходженні крізь матерію не іонізувало атоми.

Новина про це дивне відкриття поширилася іншими фізичними лабораторіями по всій Європі. Спершу Боте й Бекер припустили, що це випромінювання було якимось новим різновидом гамма-променів. У Парижі Ірен Жоліо-Кюрі, дочка уславленої жінки-фізика Марії Кюрі, разом із чоловіком Фредеріком відтворили результати Боте й Бекера та більш детально дослідили нове випромінювання. Зокрема вони з’ясували, що під час бомбардування парафінової мішені воно вибивало протони з неймовірною енергією.

Це спостереження чітко засвідчило, що це випромінювання не могло бути гамма-променями. Чому?

Відповідь напрочуд проста. Якщо ви кинете у вантажівку, що їде на вас, зернятко попкорну, то навряд чи її зупините чи бодай розіб’єте вікно. Це через те, що попкорн, навіть якщо кинути його з великою енергією, несе маленький імпульс, оскільки важить мало. Щоб зупинити вантажівку, треба сильно змінити її імпульс, оскільки, навіть рухаючись повільно, вона залишається важкою. Щоб зупинити вантажівку чи збити з неї великий предмет, треба кидати велику каменюку.