Страница 29 из 77
И еще одно обстоятельство. В сложных ситуациях неожиданный результат опыта редко приводит к открытию, если своевременно на помощь не приходит теория. Здесь они шли рука об руку.
И в заключение: многовековая история науки свидетельствует о том, что открытия — плоды индивидуального творчества. Здесь же впервые открытие осуществлено коллективно. У него четыре автора.
Если относить к предыстории все, что происходило до 1937 года, до выхода из печати статьи Тамма и Франка, объяснившей во всех деталях эффект Вавилова — Черенкова, то нельзя обойти молчанием курьезный случай, живо описанный Франком.
«Я вспоминаю, — читаем мы в статье Франка, опубликованной в 1984 году, — что, когда осенью 1936 года приехал в Москву Жолио-Кюри (известный специалист в области радиоактивности. — И. Р.), ему был продемонстрирован опыт Черепкова, теперь вошедший в популярные книги. Вертикально поставленный стеклянный цилиндрический сосудик с жидкостью с боков был окружен коническим зеркалом. Если смотреть на зеркало сверху, то можно было видеть угловое распределение излучения, выходившего в горизонтальной плоскости через стеклянные стенки цилиндра. Когда препарат радия помещался сбоку от цилиндра, то отчетливо были видны два максимума излучения под острым углом к направлению гамма-лучей Сделанные Черенковым фотографии таких колечек с неравномерным почернением в различных азимутах теперь общеизвестны, а сам опыт нагляден и безупречно убедителен, если, конечно, не заподозрить элементарной ошибки, граничащей с жульничеством. Именно такая мысль, видимо, возникла у Жолио-Кюри, который немедленно начал поворачивать сосудик и зеркало вокруг оси, чтобы убедиться, что прозрачность стекла или качество серебрения зеркала не играет здесь роли. В обсуждении же опыта им был сделан намек на аналогию с лучами Бландло. Этому не следует удивляться. Демонстрацию опыта приходилось проводить в полной темноте, причем даже при некоторой адаптации глаза свечение было на пределе видимости. Вся обстановка была в самом деле необычна для физического эксперимента и напоминала нечто вроде спиритического сеанса или опыта с применением «ловкости рук».
И еще один эпизод из воспоминаний Франка, бросающий свет на стиль работы физиков.
«…Как-то поздно вечером И. Е. Тамм позвонил мне по телефону и попросил немедленно приехать к нему домой.
Я застал И. Е. Тамма за столом, увлеченного работой и же исписавшего много листов бумаги формулами. Он сразу же принялся рассказывать мне о сделанном им до моего прихода… Домой я возвратился под утро пешком, так как городской транспорт уже закончил (или еще не начал) свою работу».
Франк сохранил школьную тетрадку, пять с половиной страниц, заполненных торопливой рукой Тамма со многими исправлениями. Результат, выраженный короткой формулой, правилен, но вывод формулы существенно отличается от содержащегося в опубликованной статье.
«Результаты Черепкова и их теоретическая интерпретация, — вспоминает Франк, — первоначально были замечены лишь советскими физиками. Видимо, иностранные ученые мало читали в то время наши журналы (хотя «Доклады Академии наук» печатались на двух языках: на русском и иностранном). Уже после того, как в исследование явления была внесена полная ясность, С. И. Вавилов в 1937 году направил небольшую статью П. А. Черенкова, суммировавшую полученные результаты и их сравнение с теорией, в «Nature» (английский журнал «Природа». — И. Р.). Не помню, под каким благовидным предлогом, но статья была отклонена».
Бочка для микрочастиц
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.
Он понимал, что работа с новым видом излучения только начинается.
То, что наблюдал Черенков, было знакомством лишь со свечением частиц одного типа — электронов. Но, кроме электронов — отрицательно заряженных частиц, наука знает много частиц, обладающих электрическим зарядом. Это лептоны и мезоны, 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 скорости 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 Черепкова взяли стеклянный сосуд, налили в него жидкость, а затем закупорили.
Потом отправились к ускорителю заряженных частиц. Там они поставили сосуд на пути потока протонов, рождающихся в ускорителе, и стали наблюдать. В сосуде 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 сосуда. А ошиблись при этом меньше чем на 0,1 процента. Приезжие уверяли, что таким же способом они могут измерить и скорость 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 сосуде с жидкостью образуется черенковское излучение, которое и могло ученым определить скорость и энергию протонов. Сосуд назвали счетчиком Черепкова 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 — беватрон, 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 одними из главных инструментов при исследованиях, проводимых на ускорителе — синхрофазотроне на 10 миллиардов электрон-вольт, построенном советскими учеными в городе Дубне, а затем и на всех других ускорителях.
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. И конус этот расширяется 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 элементарных частиц, содержащихся в космических лучах, а еще через год — от космических протонов.