Автографы невидимок

Если бы мы продолжили исследования природы света, то следующим шагом было бы знакомство с явлением радиоактивности, с космическими лучами, со строением атома, его ядра и с самими ядерными частицами. Но хотя это и чрезвычайно интересная и важная область физики, она не связана с тем, о чем идет речь в данной книге. О ядерной физике вы можете узнать из множества научно-популярных книг и статей, опубликованных в последние годы. Здесь же, в главе о фотографии, стоит рассказать о том, как она помогает физике проникнуть в самые сокровенные тайны материи, открывая взору внимательного исследователя новые удивительные частицы.

В настоящее время еще не созданы такие микроскопы, которые помогли бы увидеть молекулы, не говоря уже об атомах и элементарных частицах. И все-таки ученые сумели обнаружить многие из таких частиц и узнать их массу, величину электрического заряда, определить энергию и скорость их перемещения.

В этом большую помощь оказала фотография. Конечно, и она не смогла увидеть сами частицы, но зато с высокой точностью запечатлела их следы. Этого уже было достаточно физикам, чтобы узнать о частицах очень многое.

Вам, наверное, приходилось наблюдать, как в глубоком ясном небе внезапно возникала узкая, непрерывно удлиняющаяся белая полоса - след летящего на большой высоте самолета. Это так называемый инверсный след. Он возникает, когда отработанные газы из двигателя попадают в холодную окружающую атмосферу. Сам самолет может лететь так высоко, что мы не увидим его невооруженным глазом, но по инверсному следу можно без труда определить направление полета, эволюции машины и хотя бы приближенно его скорость. Самолет как бы оставляет свою роспись в небе, и она, постепенно расплываясь, сохраняется еще долгое время.

Нечто подобное происходит в специальном приборе, известном под названием камеры Вильсона. Полость этой камеры заполнена паром (пар прозрачен, его не следует путать с туманом). Давление пара и его температура поддерживаются такими, что без постороннего вмешательства он не превращается в туман. Но стоит внутрь камеры попасть мельчайшей пылинке или электрически заряженному тельцу, как вокруг них тотчас же начинается конденсация пара и образуются мельчайшие капельки жидкости - туман.

Снимок траекторий элементарных частиц в пузырьковой камере

Если в полость камеры через специальное окошко впустить какую- либо из элементарных частиц, обладающую достаточной скоростью, она на своем пути будет ионизировать нейтральные до того атомы пара. Ионы же, обладая электрическим зарядом, вызовут конденсацию пара вокруг себя, и таким образом частица оставит в камере свой "автограф".

В других типах камер, предназначенных для такой же цели, вместо пара применяется перегретая, легко кипящая жидкость. При движении частицы в такой жидкости на ее пути остаются мельчайшие пузырьки.

Изучать следы непосредственно в самой камере невозможно, это заняло бы слишком много времени и было бы не только неудобным, но и крайне неточным, тем более, что следы, оставляемые частицами, недолговечны. Поэтому ученые регистрируют следы частиц с помощью автоматического фотоаппарата, который заставляют срабатывать сами же частицы.

По характеру следов, по их длине, по тому, как меняется направление движения частиц под воздействием поля мощного постоянного магнита, установленного в непосредственной близости от камеры, ученые могут оценить свойства частиц.

Таким методом были обнаружены некоторые из известных в настоящее время частиц. Но, для того чтобы открыть хотя бы одну из них, приходилось проводить огромное количество экспериментов и делать тысячи фотографий. И только лишь на единицах из них удавалось обнаружить нечто новое.

Фотография, приведенная здесь, относится к числу исключительно счастливых - на ней среди прочих следов были обнаружены следы частиц антиматерии.