Есть в физике смешно звучащее понятие: «усы Маха». Это действительно усы, но не на лице известного ученого, а, например, на воде. Они расходятся от носа катера, спешащего по реке. Их легко видеть перед носом сверхзвукового самолета.
Причина их появления одна и та же: скорость движения катера превосходит скорость волн на поверхности воды, скорость полета самолета превышает скорость звуковых волн в воздухе. Именно такие «усы» и узрели наши ученые в свечении, обнаруженном Черенковым. Только не водяные, не воздушные, а световые.
Ну что ж, интересное явление, молвили физики и почти забыли о нем. Но, когда физика обратилась к сверхбыстрым частицам, об этом явлении пришлось вспомнить. Оно идеально подходило для регистрации таких частиц.
Для счетчиков Гейгера надо тщательно подбирать и очищать газ. Вспышки света дает не любой кристалл. Черенковский же свет наблюдается в любом веществе, лишь бы оно было прозрачным. И еще одно приятное обстоятельство — порог: если скорость частицы меньше этого порога, то свечения нет. Значит, такой счетчик сразу отсеет частицы, скорость которых меньше скорости света в его веществе. Подбирая ряд разных веществ, можно получить набор таких порогов. Это очень удобно.
И, как запоздалое признание огромной важности этого открытия для физики частиц, Черенкову, Тамму и Франку (Вавилов к тому времени умер) в 1960 году была присуждена Нобелевская премия.
Ученый тем временем подводит нас к новому прибору. От прибора тянутся толстые шланги под пол, местами на его металлической поверхности виден иней. Низкие температуры? Ученый согласно кивает головой и добавляет: минус двести пятьдесят градусов.
Солидно! Что же там замораживают? Водород.
Предупреждая дальнейшие вопросы, ученый начинает пояснение. Камеру Вильсона помните? Помним: там был пересыщенный «неустойчивый» пар. Ну, а здесь такая же «неустойчивая» перегретая жидкость. Чуть-чуть сдвинь температуру или понизь давление, и она бурно закипит.
Но режим подобран так, что жидкость не кипит. Если идеально очистить стенки колбы и налить в нее дистиллированную воду, то, может быть, она не закипит и при 150 градусах. Просто в ней не могут образоваться пузырьки пара.
Вот такая жидкость и здесь в камере — жидкий перегретый водород. Он кипит уже при –253° по Цельсию, оттого и нужна низкая температура.
Но вот в камеру влетела энергичная частица, и путь ее сразу отмечен цепочкой возникших пузырьков пара в прозрачной жидкости. Теперь фотографируйте, но быстро! Пузырьки пара, как и капельки жидкости в камере Вильсона, живо расползаются.
Изобрел такую камеру американский физик, сын выходцев из России, Дональд Глэзер.
Вильсон придумал свою «туманную» камеру, наблюдая за красивым зрелищем рождения облаков в горах. Глэзер же, как говорят его друзья, додумался до пузырьковой камеры, наблюдая рост пузырьков газа на неровностях стенок пивной бутылки! Самые обыденные явления, замечавшиеся тысячи раз, дают наблюдательному уму пищу для раздумий.
Все? Нет, еще вопрос. А в чем преимущества пузырьковой камеры Глэзера перед «туманной» камерой Вильсона?
Жидкость имеет более высокую плотность по сравнению с паром в камере Вильсона, значит, и событий в пузырьковой камере случается и регистрируется гораздо больше. Кроме того, еще очень удобно, что столкновения частиц можно изучать на самых простых ядрах — ядрах водорода.
А вот еще один прибор. В нем не надо пользоваться лампой-вспышкой: след частицы сам освещает себя. Это искровая камера. Внутренность ее похожа на трюм корабля: толстые металлические перегородки разбивают ее на отсеки.
Эти перегородки — одновременно электроды: на них через один подано высокое напряжение. Влетела в камеру частица, ионизировала на своем пути газ — и мгновенно следует пробой: за частицей вдоль следа проскакивает крошечная молния.
Яркости ее, однако, вполне достаточно для фотографирования. И очень удобно: никакой возни с пересыщенным паром или перегретой жидкостью (а возни здесь немало, пока подберешь нужный режим). След же получается ничуть не хуже.
«Пожалуй, на этом можно закончить экскурсию, — заявляет ученый, глядя на наши уставшие лица. — Идите-ка отдохните, а я тем временем подберу вам парочку интересных фотографий. Посмотрите, проснется любопытство, — и тогда отправитесь к теоретикам…»
Богатый арсенал оружия сегодня у охотников за частицами! И с каждым годом становится все богаче. Увидеть новый неизведанный след, затаив дыхание пройтись по нему — какая охота может быть более захватывающей?