• admin
  • Комментариев: 0
  • Просмотров: 244
  • 12-12-2014, 00:20

У 1920-ті роки - після введення принципів квантової механіки - субатомний світ представлявся вкрай простим. Всього два види елементарних частинок - протони і нейтрони - складали ядро атома (хоча експериментально існування нейтронів і було підтверджено лише в 1930-ті роки), і один вид частинок - електрони - існували за межами ядра, обертаючись навколо нього на орбітах. Здавалося, все різноманіття Всесвіту вибудуване з цих трьох частинок.

На жаль, настільки простий картині світу судилося проіснувати недовго. Вчені, обладнавши високогірні лабораторії по всьому світу, взялися за вивчення складу космічних променів, що бомбардують нашу планету (див. Елементарні частинки), і незабаром почали відкривати всілякі частинки, що не мають ні найменшого відношення до вищеописаної ідилічною тріаді. Зокрема, були виявлені зовсім немислимі по своїй природі античастки.

Світ античастинок - свого роду віддзеркалення знайомого нам світу. Маса античастки в точності дорівнює масі частинки, якій вона начебто відповідає, але всі її інші характеристики протилежні прообразу. Наприклад, електрон несе негативний електричний заряд, а парна їй античастинка - «позитрон» (похідне від «позитивний електрон») - позитивний. У протона позитивний заряд, а у антипротона - негативний. І так далі. При взаємодії частинки і парної їй античастки відбувається їх взаємна аннигиляци - обидві частинки припиняють своє існування, а їх маса перетворюється на енергію, яка розсіюється в просторі у вигляді спалаху фотонів та інших надлегких частинок.

Існування античастинок уперше передбачив Поль Дірак у статті, опублікованій ним у 1930 році. Щоб зрозуміти, як ведуть себе частинки і античастки при взаємодії з Дираку, уявіть собі рівне поле. Якщо взяти лопату і копати в ньому ямку, в полі з'являться два об'єкта - власне ямка та купка грунту поруч з нею. Тепер уявімо, що купка ґрунту - це звичайна частка, а ямка, або «відсутність купки ґрунту», - античастинка. Засипте ямку раніше добутих з неї грунтом - і не залишиться ні ямки, ні купки (аналог процесу анігіляції). І знову перед вами рівне поле.

Поки йшло теоретизування навколо античастинок, молодий фізик-експериментатор з Каліфорнійського технологічного інституту Карл Дейвід Андерсон (Carl David Anderson, 1905-91) монтував обладнання астрофізичної лабораторії на вершині Пайк в штаті Колорадо, маючи намір зайнятися вивченням космічних променів. Працюючи під керівництвом Роберта Міллікена (див. Досвід Міллікена), він придумав установку для реєстрації космічних променів, що складається з мішені, вміщеній в потужне магнітне поле. Бомбардуючи мішень, частинки залишали в камері навколо мішені треки з крапельок конденсату, які можна було сфотографувати і за отриманими фотографіями вивчати траєкторії руху частинок.

За допомогою цього апарату, що отримав назву конденсаційна камера, Андерсон зміг зареєструвати частинки, що виникають в результаті зіткнення космічних променів з мішенню. По інтенсивності треку, залишеного частинкою, він міг судити про її масі, а за характером відхилення її траєкторії в магнітному полі - визначити електричний заряд частинки. До 1932 році йому вдалося зареєструвати ряд зіткнень, в результаті яких утворювалися частки з масою, рівною масі електрона, однак вони відхилялися під впливом магнітного поля в протилежну сторону в порівнянні з електроном і, отже, мали позитивний електричний заряд. Так була вперше експериментально виявлено античастинка - позитрон. У 1932 році Андерсон опублікував отримані результати, а в 1936 році був відзначений за них половиною Нобелівської премії з фізики. (Другу половину премії отримав австрійський фізик-експериментатор Віктор Франц Гесс (Victor Franz Hess, 1883-1964), вперше експериментально підтвердив існування космічних променів. - Прим. перекладача.) Це був перший (і поки що останній випадок присудження Нобелівської премії вченому, офіційно навіть не числившемуся на той момент в штаті наукових співробітників свого університету!

Хоча вищеописаний приклад, здавалося б, служить ідеальною ілюстрацією сценарію «передбачення - перевірка» в рамках наукового методу, описаного у Введенні, історична реальність представляється не настільки простий, як здається. Справа в тому, що Андерсон, судячи з усього, не знав про публікації Дірака абсолютно нічого до свого експериментального відкриття. Так що в даному випадку мова йде, скоріше, про одночасному теоретичному і експериментальному відкриття позитрона.

Всі наступні за позитронів античастки були експериментально виявлені вже в лабораторних умовах - на прискорювачах. Сьогодні фізики-експериментатори мають можливість буквально штампувати їх в потрібних кількостях для поточних експериментів, і ніж-то незвичайним античастки давно не вважаються.