Глеб Анфилов - Искусственное Солнце

Слов нет, величественный замысел.

Но, как ни печально, он рухнул столь же быстро, как и возник.

Что же произошло в науке? Почему парадоксальное «холодное солнце» вдруг заняло умы людей? Почему идея о нем стала достоянием истории?

Несколько лет назад советские исследователи, ныне академики, Я. Б. Зельдович и А. Д. Сахаров независимо друг от друга задались целью теоретически выяснить: всегда ли для объединения водородных ядер необходимы сверхвысокие температуры? Нет ли способа синтезировать их на холоде, вне термоядерного процесса?

Результат теоретических изысканий вышел неожиданным и интересным: и в самом деле, можно соединить ядра, не сталкивая их с разгона. Броню потенциального барьера частицы способны преодолеть, если их как бы связать своеобразной «веревочкой». Роль «веревочки» может сыграть одна из мельчайших материальных частиц — отрицательно заряженный мю-мезон.

Если рядом с водородным атомом окажется отрицательно заряженный мю-мезон, он способен встать в атом на место электрона и начать вращаться вокруг ядра. Но мю-мезон в 207 раз тяжелее электрона. Поэтому он вращается в те же 207 раз ближе к ядру, чем электрон. Это значит, что мезон, поселившись в водородном атоме, как бы сжимает его и превращает в совсем крошечную частичку, которая получила название мезопротона.

Мезопротон электрически нейтрален. На него не действует электрическое отталкивание ядер. Благодаря этому, а также своим маленьким размерам он способен очень близко подойти к ядрам атомов окружающей среды.

Допустим теперь, что этот крошечный мезопротон тихонько, без разгона, «вонзится» в атом тяжелого водорода и приблизится к его ядру. Теория утверждает: когда произойдет такое сближение, мю-мезон может начать вращаться сразу вокруг обоих ядер — дейтона и протона. Между ними возникнут особые химические силы притяжения. Мю-мезон, будто веревочная петля, стянет ядра. В результате они приблизятся друг к другу так же тесно, как и при термоядерном процессе. И вскоре (в среднем через миллионную долю секунды) ядра найдут «лазейку» в оставшемся слое потенциального барьера, просочатся через него и сольются в одно более тяжелое ядро гелия-3. Тогда неизбежно должна выделиться энергия.

Как видим, никакой сверхвысокой температуры здесь уже не нужно. Ядра синтезируются тихо, мирно, без всякого «принуждения».

Примерно такая картина возможного поведения мю-мезонов в жидком водороде была нарисована смелой мыслью советских физиков-теоретиков. Против нее трудно было что-либо возразить. Но как ее проверить экспериментом?

В наши дни физики-экспериментаторы усиленно трудятся над изучением мезонов, ибо поведение таких частиц отражает тонкие особенности микромира. Мезоны создаются в ускорителях при бомбардировке частицами-снарядами» разнообразных мишеней, а потом направляются в регистрирующие приборы. Так удается исследовать взаимодействие мезонов с веществом, измерять их электрический заряд, массу, определять магнитные свойства, характер распада.

В 1956 году профессор Луис Альварец из Калифорнийского университета в США поставил большую серию экспериментов по изучению мезонов. В качестве регистрирующего прибора он использовал так называемую пузырьковую камеру. Там заряженные частицы пролетали в жидком водороде, оставляя за собой дорожки мельчайших пузырьков. Эти следы фотографировались, и снимки подвергались тщательному изучению.

Эксперимент Альвареца был сложный и тонкий. Для надежности исследователь сделал колоссальное число снимков — 75 тысяч.

Ученый не ставил своей целью исследовать мю-мезоны. В его задачу входило изучение других частиц. Но в ходе эксперимента внимание его сосредоточилось именно на мю-мезонах.

Дело в том, что из двух с половиной тысяч фотографий остановок мю-мезонов в веществе пузырьковой камеры 15 выглядели весьма странно.

Надо сказать, что мю-мезон живет очень недолго. Его век — всего две миллионные доли секунды. «Умирая», он распадается на электрон и два нейтрино, причем картина распада имеет на фотографии характерный вид: это «угол» или «сломанный» след. Объясняется угол так: электрон, возникший из распавшегося мю-мезона, оставляет за собой след, уходящий в сторону. Нейтроны же, улетающие в других направлениях, остаются незаметными, ибо они не имеют электрического заряда и поэтому не могут создать дорожки пузырьков в жидком водороде.

Итак, картина обычных остановок — мест, где распадается мю-мезон, — вполне ясна. Но на 15 снимках остановки мю-мезонов отнюдь не напоминали их распад. След внезапно пропадал неизвестно куда, чтобы потом через миллиметр вновь как бы вынырнуть «из ничего». Выходило, что мю-мезон, пролетая в веществе, терял скорость и останавливался, не распадаясь, а затем вновь начинал двигаться, непонятным образом обогатившись энергией. И только в конце второго или даже третьего отрезка следа мю-мезон действительно распадался.

Казалось бы, какая это мелочь! На одном снимке из ста пятидесяти след мю-мезона выглядел чуть-чуть иначе, чем можно было ожидать. Но для физика-экспериментатора нет мелочей.

Альварец и его сотрудники долго размышляли над необычным явлением. В конце концов они пришли к выводу, что случайно встретились с фактом, который подтверждает идею синтеза легких ядер при участии мю-мезонов.

В самом деле, если мы вспомним предсказание, Я. Б. Зельдовича и А. Д. Сахарова, то легко объясним странные следы в опыте Альвареца.

Вот отрицательный мю-мезон оказался в пузырьковой камере. Он встречается с атомом водорода и замещает там электрон. Возникший мезопротон движется некоторое время в жидкости. И так как мезопротон электрически нейтрален, никакого следа в камере он не дает. Становится понятным исчезновение следа. Затем, поблуждав в веществе, этот «ядерный гибрид» натыкается на атом дейтерия (малая примесь дейтерия всегда имеется в естественном водороде) и объединяется с ним. Далее происходит реакция־ синтеза ядер, причем выделившаяся энергия (5,4 миллиона электроновольт) передается мю-мезону. Получив этот толчок, мю-мезон обретает свободу. Он продолжает свой путь в веществе, отдавая ему энергию и опять оставляя за собой дорожку пузырьков. Снова появляется след. Он тянется до встречи мезона с новым атомом водорода или до момента распада.

Как видим, непонятное явление нашло исчерпывающее объяснение. Возможность синтеза легких ядер при низкой температуре была доказана. Теоретическое предвидение советских ученых блестяще подтвердилось.

Какой бы далекий от практики опыт ни ставил физик, какой бы отвлеченной, абстрактной теорией ни занимался, он всегда участвует в решении общей задачи науки — найти нечто новое для техники, для практической деятельности человека.

Эта тенденция ярко проявилась после открытия Альвареца. Физиков охватило возбуждение. Непроверенные, неустоявшиеся идеи о практическом освоении нового явления, об искусственном «холодном солнце» стали предметом взволнованных дискуссий.

За рубежом дело дошло даже до совершенно бредовых россказней о новых ультрасверхбомбах, «поджоге» воды океана и т. д.

Но сенсация оказалась по меньшей мере преждевременной. Я. Б. Зельдович решительно отверг скороспелые восторги. Заявил протест и Альварец. «Меня поставили,— сказал он, — в положение юнца, который нашел грош и уже считает себя миллионером».

Ведь срок существования мю-мезона ничтожен. Много ли пар ядер может связать эта «веревочка» за две миллионные доли секунды? Одну—две, не больше. К тому же далеко не всем мезонам выпадает на долю послужить такими «свахами» ядер. Большинство остается без дела и бесполезно распадается. Между тем на создание этих частиц в ускорителях расходуется значительная энергия. Словом, приготовление мю-мезонов обходится в сотни рублей, а энергии они дают на копейки. Кто же станет топить печи шоколадом?

Как показывают расчеты, никакими ухищрениями этого печального положения не выправить. Холодный синтез на мю-мезонах можно наблюдать, изучать, использовать его в исследовательских целях, но для техники он бесполезен.

Таковы были итоги первой серьезной проверки идей о промышленном синтезе ядер вне термоядерных процессов.

Однако мечтатели не сдавались.

Ну и что же, говорили они, если мю-мезоны не годятся для создания «холодного солнца», будем надеяться со временем осуществить его на каких-то других частицах, живущих значительно дольше. Тот факт, что наука не знает таких частиц, не слишком смущал мечтателей. Их ободряло отсутствие в современной физике законченной теории элементарных частиц. Из-за этого сегодня никто не в состоянии доказать, что такие долгоживущие частицы не могут быть когда-то открыты и созданы. А поскольку принцип ядерного катализа утвержден, не запрещено думать и о новых катализаторах.