Незримые строители тоннелей из тумана творят в камере Вильсона поистине легендарные дела. Кто же они, эти строители?

Одно очевидное умозаключение можно сделать немедленно: это частицы, обладающие электрическим зарядом, ибо нейтральные частицы не умеют ионизировать атомы и молекулы. Кстати, на каждом кадре множество туманных следов, кроме того главного, который оставила гостья, командовавшая самой съемкой на Арагаце, И следы эти разнообразны — есть очень тонкие и потолще, есть прямые и закругленные, есть короткие и длинные… Непрошеные частицы, что так бесцеремонно наследили на сцене, где их вовсе не собирались снимать, могли проникнуть в камеру извне — сверху, снизу, сбоку, а могли зародиться в ней самой. Эта нам сейчас решительно все равно. Зато совсем не все равно, что различия в следах наверняка должны отражать какие-то важные различия в свойствах самих частиц.

Да, но какие различия?

Сначала кажется, что возможности туманной камеры очень скромны: она позволяет узнать, заряжены микрочастицы или нет. Но не забывайте — она делает видимыми их пути. Ради одного этого кембриджскому физику Чарлзу Вильсону стоило отдать годы жизни на изучение туманов, чтобы в конце концов прийти к своему тонкому изобретению Он пришел к нему на редкость вовремя — в 1912 году. Всего годом раньше Эрнест Резерфорд доказал существование атомного ядра, и началось стремительное развитие ядерной физики — А двумя годами раньше австриец Гесс доказал, что на Землю приходит «высотное излучение», и началось столь же бурное развитие физики космических частиц, В эту-то пору исследователи микромира и обрели инструмент, который стал для них тем же, чем был микроскоп для биологов и телескоп для астрономов.

Когда-нибудь человечество поставит памятники выдающимся изобретениям — инструментам, машинам, приборам, конструкциям. Памятник первому спутнику — воплощение этой надежды. То будут монументы в честь коллективного разума. Он достоин бронзы, мрамора и стали! Освоение и совершенствование любого изобретения — дело многих голов и рук. Только «доведенное до ума» последующими, часто неведомыми соавторами первооткрывателя изобретение обнаруживает все заключенные в нем возможности.

Так было и с камерой Вильсона, для которой со временем найдется постамент на площади одного из университетских центров мира.

Тридцать с лишним лет назад молодой и еще неизвестный ученый догадался поместить туманную камеру в Магнитное поле. В ту пору работа с магнитными полями была страстью этого талантливейшего экспериментатора. Однажды он вел опыты с альфа-частицами — ядрами гелия. Они прокладывали в камере отчетливые прекрасные трассы — прямые белые нити тумана. Ученый подумал: магнитное поле должно эти трассы искривить — оно ведь отклоняет заряженные частицы от прямого пути. (Так, в дубенском ускорителе магнитное поле заставляет двигаться по кругу быстролетящие протоны.)

Но чем кривые пути могли быть лучше прямых? Очень просто: искривление туманных следов сулило приобретение новых сведений о частице.

Движущийся заряд противится отклоняющейся силе магнитного поля с тем большим успехом, чем больше масса заряженного тельца и чем выше его скорость. Тяжелую частицу труднее свернуть с ее прямого пути, чем легкую. Быструю — труднее, чем медленную. Это заведомо ясно. У всех ядер гелия одна и та же масса, если пренебречь малыми различиями, зависящими от их не совсем одинаковых скоростей. Значит, при скоростях, далеких от световой, когда такое пренебрежение допустимо, по кривизне туманных шлейфов альфа-частиц можно судить о быстроте их движения: у неторопливых кривизна следа будет сильнее, у более стремительных — слабее.

Ученый получил искривленные следы, и частицы сразу стали рассказывать о себе со сцены туманной камеры гораздо больше, чем прежде. Этим ученым был Петр Леонидович Капица, чье имя ныне так хорошо известно всем.

А затем в те же 20-е годы тоже молодой исследователь и тоже совсем еще неизвестный впервые предложил космическим лучам сниматься в пронизанной магнитным полем камере Вильсона. Космические частицы начали выбалтывать с туманной сцены важные новые сведения о своих свойствах. Ныне имя физика, который заставил их сделать это, тоже знакомо всем — Дмитрий Владимирович Скобельцын.

Самый простой секрет заряженных частиц — знак заряда. Плюс или минус? Под действием магнитных сил они сворачивают в одну сторону, когда заряжены положительно, и в другую, когда заряжены отрицательно. Так, на арагацких кадрах многие следы изогнуты в противоположных направлениях, хотя летели частицы вместе: сверху вниз. Значит, заряды у них были разного знака. Это очевидно.

Другие сведения не так просты. Прочитать их на вильсоновских фотографиях с такою легкостью уже нельзя. Даже о скорости частиц нельзя судить по одной только кривизне следов: у частиц ведь могут быть самые различные массы.

Вот два одинаково искривленных следа. Кто их оставил — тяжелая частица, но медленная или легкая, но быстрая? Малость массы могла быть вознаграждена громадностью скорости. Медленность движения могла быть скомпенсирована огромностью массы. Наверняка можно умозаключить лишь одно: произведение массы на скорость имело в обоих случаях одинаковую величину. «У частиц были равные импульсы, они обладали одним и тем же количеством движения», — так сказали бы физики на своем профессиональном языке.

Это второй секрет, который сразу выведало у частиц магнитное поле: величина их импульса! Но зачем ставить тут восклицательный знак?.. Физик улыбнулся бы, услышав такой вопрос. Ну что ж, это его право. А нам не стоит стесняться своей наивности. Самые простые вопросы — самые естественные для нас.

Есть давно открытый фундаментальный закон природы:, закон сохранения импульса, закон сохранения количества движения. Тот; кто стрелял из охотничьего ружья, ощущал действие этого закона на собственном плече. Перед выстрелом ружье и пуля покоились. Их скорости — и порознь и вместе — были равны нулю. Совместный импульс — тоже. После выстрела он должен был сохраниться — остаться нулем. Но как же это возможно: у пули теперь большая скорость и импульс большой? Несомненно. Но есть еще ружье-Оно тоже могло приобрести импульс, и при этом столь же большой, да только направленный в противоположную сторону. Если бы это случилось, сумма импульсов пули и ружья по-прежнему осталась бы равной нулю. Так оно и происходит — ружье отдает нам в плечо: оно «летит» назад, потому что пуля летит вперед. Но оно летит в кавычках — чтобы сравняться по импульсу с пулей, ему не. нужна большая скорость — у. него масса большая.

Распад ядра урана подобен выстрелу из ружья. Вылетает пуля — альфа-частица. Оставшееся тяжелое ядро должно отпрянуть назад. Это можно проверить. Можно в камере Вильсона наблюдать туманные следы ядер отдачи. Да, физики так их и называют — «ядра отдачи», подражая языку охотников и артиллеристов.

Теперь мы можем сполна оценить, как важно знание импульса элементарных частиц. Восклицательный знак был оправдан.

На арагацких кадрах встречаются изломанные туманные следы. Не изогнутые, а изломанные, точно летела-летела частица и вдруг круто свернула в сторону. Внимание! С ней случилось в полете что-то очень серьезное. Можно заметить, что в точке излома изменился сам след — стал он тоньше, слабее или наоборот. В этой точке прежняя частица, вероятно, исчезла, а возникла и отлетела в сторону новая.

Распад частицы на лету? Что ж, в микромире это событие заурядное. Однако новая частица полетела от точки распада под углом, доказывая воочию, что скорость у нее иная, чем у первой, по крайней мере по направлению. Значит, и импульс другой — у импульса всегда направление скорости. Но как же закон сохранения? Надо понять происшедшее.

Сам закон указывает физикам выход из затруднения. Для баланса кто-то еще в точке распада должен был унаследовать часть импульса первой частицы. Очевидно, в месте излома родилась не одна частица, а по меньшей мере пара новых микрокентавров, и второй из них тоже отлетел под углом, но в другом направлении.