Вера Черногорова - Загадки микромира

С другим, с так называемым сильным взаимодействием мы познакомились на примере ядерных сил, которые удерживают в ядре протоны и нейтроны. На малых расстояниях они в тысячу раз сильнее электромагнитных сил.

А нейтрино открыл для нас новый вид взаимодействия — слабое. Все другие элементарные частицы могут общаться между собой разными способами. Нейтрино же природа обделила, не предоставив ему такого выбора. Его удел — одно только слабое взаимодействие.

Очень слабое — в сотни миллиардов раз слабее электромагнитного, взаимодействие это делало нейтрино необыкновенно «необщительным». В течение четверти века экспериментаторам не удавалось обнаружить эту необычную частицу. Неуловимое нейтрино проскальзывало сквозь приборы, как крошечный малек сквозь сети с крупной ячеей.

А значение этой частицы по мере понимания роли слабых взаимодействий все возрастало. Уже было ясно, что нейтрино возникают во время ядерных реакций на Солнце и на далеких звездах. Нейтрино вездесущи. Каждый квадратный сантиметр Земли ежесекундно пронизывают миллиарды нейтрино. Поистине мы живем в бездонном нейтринном океане.

Незадолго до открытия нейтрино один из участников этого эксперимента преподнес своим коллегам новогодний подарок. Под праздничной оберткой находилась раскрашенная спичечная коробка с подписью: «Заведомо содержит, по крайней мере, 100 нейтрино».

Физики смогли обнаружить маленького невидимку, только создав ядерные реакторы — мощные источники нейтрино. Всего лишь одна частица из 10 20, проходивших через прибор, застревала в нем. Но поток нейтрино был так велик, что и этой мизерной доли оказалось достаточно для ее обнаружения.

Так в 1956 году Ф. Райнес и К. Коуэн из Лос-Аламосской лаборатории уничтожили таинственный ореол вокруг нейтрино.

Всегда так: если радуется дождю садовод, то турист проклинает этот некстати разразившийся ливень. Жарко светит солнце — и опять кому-то хорошо, а кому-то и нет. Увы, идеала на свете не бывает, и угодить на всех невозможно.

До открытия нейтрона физики думали, что атомное ядро состоит из протонов и электронов. Это очень огорчало теоретиков — в их расчетах не сходились концы с концами. Но зато совершенно спокойны были экспериментаторы, изучавшие радиоактивный бета-распад ядер. Им не приходилось ломать голову над тем, откуда берутся электроны.

Нейтрон своим появлением перевернул все вверх дном. Теперь радовались теоретики, потому что нейтронно-протонная модель строения ядра ликвидировала все их затруднения. Но радость гасла и меркла от одного взгляда в сторону тех, кто занимался исследованием радиоактивности. Они требовали ответа на один-единственный, но чрезвычайно тяжелый вопрос: откуда берутся электроны при бета-распаде ядер, если их там нет?

Неужели опять надо отказаться от такой чудесно простой картины строения ядра и сделать шаг назад? Неужто, увидев наконец ясные горизонты, снова погружаться в пугающую пучину непонятных, не согласующихся друг с другом фактов?

Поставленный в упор вопрос: откуда же в ядре берутся электроны? — заставил физиков сделать громадный шаг вперед. Быть может, не менее серьезный, чем шаг с признанием электронов.

Двадцать три века назад Демокрит наделил мир атомов свойством неделимости, неизменяемости. В самом конце XIX века физики сорвали этот ярлык с атомов и ничтоже сумняшеся перевесили его на элементарные частицы! Очень трудно было физикам представить себе кирпичики материи без привычного спокойного и надежного ярлыка.

Основатель квантовой механики Вернер Гейзенберг первый разрешил загадку ядра. Он предположил, что нейтрон в ядре может иногда превращаться в протон плюс электрон и нейтрино. Протон остается в ядре, а остальные «возникающие» частицы покидают его. Внешне такое превращение выглядит как радиоактивный бета-распад.

Так вот откуда берутся электроны! Впервые исследователи микромира открыли взаимную превращаемость элементарных частиц.

Нейтрон, как потом выяснилось, вне ядра живет не более 12 минут, распадаясь на протон, электрон и нейтрино. Со свободным протоном ничего подобного не случается. Но в радиоактивном ядре энергетическая обстановка складывается так, что даже стабильный протон может превратиться в нейтрон, позитрон и нейтрино. По имени элементарной частицы — позитрон — это событие в жизни радиоактивного ядра стали величать позитронным распадом.