Странные частицы

Едва заметное перевернутое V (внизу, справа от центра) на этой фотографии, полученной с помощью камеры Вильсона, возвестило об открытии целого класса новых элементарных частиц. В вершине "вилки" трека нет; это говорит о том, что приходящая частица нейтральна. Благодаря этому снимку была открыта нейтральная К-частица, первая из так называемых "странных частиц".

На своей установке в Манчестерском университете Дж. Д. Рочестер и К. Ч. Батлер сделали около 5000 фотографий, прежде чем им удалось обнаружить следы вначале первой нейтральной, а затем и первой заряженной К-частицы. Камера Вильсона, с которой они работали, представляла собой цилиндр диаметром 30 см и высотой 19 см, заполненный смесью аргона и кислорода в пропорции 4:1. Свинцовая пластина, зажатая между обкладками из хромированной бронзы (темная полоса в центре) служила, как обычно, для изучения влияния тяжелого металла на каскад частиц высокой энергии и особенно для наблюдения распадов частиц, проходящих через пластину. Как и в других камерах, управляемых счетчиками частиц (ср. Мезон, да не тот), фотографирование осуществлялось лишь в тот момент, когда счетчики регистрируют сильный поток космических частиц.

Прежде чем объявить об открытии новой частицы, Рочестер и Батлер должны были рассмотреть - и отвергнуть - все другие возможные объяснения. В конце концов это могло быть и просто столкновение частиц в газе, но в таком случае вероятность столкновения в толстой свинцовой пластинке (толщиной 3 см) должна быть еще больше, а подобных столкновений здесь не наблюдалось. Возможность образования электронно- позитронной пары сразу была исключена из-за слишком большого угла разлета (67°), исключался и распад пиона или мюона - по причине несоответствия энергий. Не могло это быть и случайным наложением треков в камере: этот снимок является одним из стереопары, на которой было видно, что треки исходят из одной точки. Следовало также отбросить возможность распада летящей снизу частицы на заряженную и нейтральную. Итак, все говорило о том, что здесь наблюдается спонтанный распад в конце невидимой траектории нейтральной частицы.

Детальный анализ, основанный на предположении, что продукты распада (расходящиеся концы "вилки") представляют собой пионы или мюоны, показал, что новая частица, по-видимому, имеет массу, примерно в тысячу раз превышающую массу электрона. К огорчению исследователей, целых два года не удавалось получить дополнительные подтверждения этой гипотезы. Но затем группа исследователей в Пасадене, руководимая К. Андерсоном, обнаружила еще три десятка "вилок". Год спустя манчестерские исследователи, чтобы повысить вероятность регистрации космических частиц, перебазировались на вершину Пик-дю-Миди в Пиренеях, где им удалось зарегистрировать еще 43 подобных трека. А вскоре были получены и новые доказательства - теперь уже с помощью ядерных эмульсий. Вновь открытые тяжелые мезоны запутывали картину мира элементарных частиц, которая, как казалось теоретикам, к концу 40-х годов стала проясняться (если не считать того, что мюоны и нейтрино не особенно вписывались в ее рамки). Поэтому несколько лет спустя новые частицы окрестили "странными".

Однако космические лучи вряд ли можно было считать подходящим источником странных частиц, поскольку необходимые энергии превышали здесь 1000 МэВ. Вероятность того, что относительно небольшой по размеру детектор окажется в нужное время и в нужном месте, чтобы зарегистрировать поток космических частиц с такими энергиями, была невысока. К счастью, приближалась эра циклотронов - устройств, способных ускорять частицы до таких энергий, при которых можно рассчитывать на рождение странных частиц в столкновениях. "Космотрон", пущенный в 1953 г. в Брукхейвенской национальной лаборатории (шт. Нью-Йорк), открыл перед физиками возможность десятками наблюдать F-частицы и другие аналогичные им.

Современные мощные ускорители частиц почти полностью вытеснили космические лучи как источник новых фундаментальных частиц. По нынешним меркам космический Ливень, изображенный на приведенной здесь фотографии, до смешного слаб. Сегодня считают, что существует два типа нейтральных F-частиц; на этой фотографии зафиксирован нейтральный К-мезон (К⁰), масса которого в 966 раз превышает массу электрона. Расходящиеся треки оставлены продуктами распада: положительным и отрицательным пионами.

15 октября 1946 г. Физические лаборатории Манчестерского университета, Великобритания Дж. Рочестер и К. Батлер Стереоскопический фотоаппарат; относительное отверстие //4; управляемая счетчиками камера Вильсона в магнитном поле 3500 гаусс; лампы-вспышки 'Сименс SF4' 'Кодак R55'. Музей науки, Лондон [236, 237, 247, 248]