Виктор де Касто - PRO Антиматерию

Ироничным в этой драме является то, что Блэкетт с Оккиалини чуть не опередили Андерсона, а ведь вся слава могла достаться им. Андерсону было трудно убедить своего учителя Милликена в том, что он обнаружил положительную версию электрона, а не просто видел протоны. Работа Блэкетта и Оккиалини доказала, не оставив никаких сомнений, что это так, и Милликен с неохотой согласился с правотой Андерсона. А последний оказался достаточно смелым, чтобы опубликовать результаты своей работы в 1932 году несмотря на скептицизм Милликена. И его декабрьская публикация опередила появление работы Блэкетта и Оккиалини в феврале 1933 года. Поэтому первооткрывателем позитрона и считается Карл Андерсон.

После того как Поль Дирак указал путь, а новость об открытиях Андерсона, Блэкетта и Оккиалини быстро распространились в научном мире, позитроны стали появляться тут и там. Физики просматривали старые фотографии, сделанные в камерах Вильсона, и находили доказательства существования позитронов, которые раньше упускали. Многие, если бы обладали достаточной смелостью, смогли бы вписать свои имена в анналы истории и науки вместо Андерсона. Среди тех, кто упустил позитрон, можно назвать Ирен Жолио-Кюри, дочь Марии Кюри, и ее мужа Фредерика Жолио. Фредерик Жолио уже упустил одну Нобелевскую премию, хотя первым получил нейтроны в январе 1932 года и ошибочно принял их за гамма-лучи. Теперь они поняли, что также упустили и позитрон. Андерсон получил Нобелевскую премию за свое открытие в 1936 году. Однако в дальнейшем Кюри и Жолио повезло, и они удостоились Нобелевской премии по химии в 1935 году за получение недолговечных радиоактивных ядер. Одним из применений их работы является производство ядер, которые спонтанно эмитируют позитроны.

Естественную радиоактивность солей урана открыл Антуан Анри Беккерель (1852–1908) в 1896 году и получил Нобелевскую премию совместно с родителями Ирен Жолио-Кюри. Он обнаружил, что ядра атомов урана могут спонтанно меняться. Сегодня мы знаем: это происходит из-за того, что нейтрон в ядре превращается в протон, а электрический заряд в целом уравновешивается эмиссией отрицательно заряженного электрона. После открытия позитрона было естественным предположить, что может произойти ядерный распад, при котором протон превращается в нейтрон, а электрический заряд забирает позитрон.

Появилась идея о том, что радиоактивность может давать позитроны с такой же легкостью, как и электроны. Главная практическая разница между ними заключается в том, что происходит потом. Электрон после выбрасывания может двигаться как электрический ток или присоединиться к танцу планетарных электронов в соседних атомах, что инициирует химические реакции и бесконечные другие приключения в будущем Вселенной. В отличие от него позитрон – чужой на нашей Земле, он недолго живет в этом мире. Он оказывается окруженным материей, в которой содержится множество отрицательно заряженных электронов. И один из этих электронов мгновенно встает в пару с позитроном в космическом роковом танце. В течение микросекунды происходит аннигиляция – то есть взаимное уничтожение. Именно это в последние годы стало ключом практического использования позитронов.

Позитронная эмиссия является естественной и обычной. Способность определенных видов ядер эмитировать позитроны стала очень полезна для медицины и техники. В качестве примеров можно назвать углерод-11, азот-13 и кислород-15, которые являются радиоактивными формами обычных элементов в теле и могут быть использованы вместе с позитронной эмиссией для отслеживания таких функций тела, как, например, работа головного мозга. Базовый принцип состоит в том, что, когда ядро испускает позитрон, а последний аннигилируется вместе с ближайшим электроном, два гамма-луча могут выйти практически «спина к спине». Эту пару можно обнаружить с использованием электронной схемы, разработанной в физике частиц, что позволяет очень точно обнаруживать эмитирующее ядро.

А теперь о применении. Когда вы думаете, различные участки вашего головного мозга активны в разной степени. Если участок активен, то он использует энергию, которая подается в головной мозг, как химические сахара в кровоток. Если мы сможем измерить концентрацию сахара в головном мозге, то это будет свидетельством активности мозга. Химики могут соединить радиоактивные атомы с молекулами сахара, и эти сахара можно проглотить и распределить внутри тела в активные участки, например сердце, легкие, мышцы и мозг. Суть идеи, которая оказалась такой полезной для диагностирования в медицине, состоит в использовании сахаров, которые эмитируют позитроны. Позитроны сразу же аннигилируются вездесущими электронами в близлежащих атомах. Мы можем сказать, где в пространстве произошла аннигиляция, а следовательно, где локализован сахар, просто используя специальные камеры для определения вылетающих гамма-лучей.