Есть один старый опыт, который иногда демонстрируют на школьных занятиях. Если ток одного направления пустить по двум параллельным проволочкам, то они стремятся сойтись: магнитное поле их стягивает. Это происходит потому, что магнитное поле стремится сжать ток.
Но ведь тон, протекающий в трубке с газообразным дейтерием, это не что иное, как движущиеся частицы самого газа, и в то же время это самый заправский ток, который взаимодействует с собственным магнитным полем и в результате этого сжимается. Но так как в данном случае ток образован частицами газе то под воздействием магнитного поля происходит сжатие самого вещества к центру, к оси прибора, в котором все это происходит. Именно так осуществляется та «термоизоляция», о которой мы только что говорили. Она происходит «сама по себе». Термоизоляция эта вакуумная. Собирая частицы к центру, ток не дает им взаимодействовать со стенками трубки; у этих стенок практически образуется пустота.
Но самое интересное это то, что одновременно достигается и главная цель. Сжимающий ток можно рассматривать как своего рода цилиндрический поршень.
Если ионизованный газ (лишенные электронов атомы становятся заряженными, то-есть превращаются в ионы] поместить в сильное магнитное поле, то поперек силовых линий этого магнитного поля движение частиц сильно ограничится. Практически каждая частица сможет двигаться вдоль силовых линий. Таким образом, силовое поле может играть роль своеобразной стенки, мешающей частицам двигаться в заранее определенном направлении.
Так появилась надежда на осуществимость поставленной задачи. По шутливому выражению одного из физиков, своеобразный «котелок для супа» был найден. Без этого вообще вряд ли имело смысл браться за стряпню. Однако теперь нужно было придумать, как его нагреть.
Способ разогрева до нескольких миллионов градусов столбика разреженного дейтерия в трубке нашла группа физиков во главе с Л. А. Арцимовичем и М. А. Леонтовичем. Это решение кажется естественным и простым, но здесь есть что-то от простоты фарадеевсиих опытов. Разве не от простого помахивания проволокой перед магнитом родилась современная электротехника!..
Шахтный ствол — центральная «дорога» шахты. По нему спускаются в шахту и поднимаются из нее люди и механизмы, по нему же выдается на-гора уголь С шахтного ствола начинается сооружение шахты.
До сих пор в забое работало большое количество людей. Механизмы не освобождали их полностью от тяжелого физического труда.
Установка «УКБ-3,6» (установка колонкового бурения, диаметром 3,6 м), созданная коллективом института Гипрошахтостроймаш9 в корне меняет методы проходки шахтных стволов. В забое не работает больше ни одного человека, а обслуживание установки с поверхности земли осуществляют всего 13 человек.
Принцип работы машины не нов. Им давно пользуются при разведке недр, доставая с помощью полого бура из глубин столбики породы, называемые кернами.
В новой установке бур — это огромный стальной стакан без дна, высота его 5 м, а диаметр 3,6 м.
Он подвешен на тросах и поднимается мощной гебедкой. По окружности нижнего торца буро распоюжено 12 режущих устройств — шарошек. После запуска мотора бур начинает вращаться и шарошки вгрызаются в породу. Когда бур погрузится на всю свою высоту, из его нижней части специальные приспособления выдвинут режущие устройства, которые подрежут керн, находящийся в буре. После этого бур вместе с керном извлекается на поверхность. Керн отвозится на платформе (фото внизу) к Met! у выгрузки, а бур вновь погружается в ствол.
За месяц эта первая в мире установка проходит до 80 м ствола Установка позволяет осуществить проходку стволов до 500-метро вой глубины.
…Небо было совершенно ясным, но вдруг откуда-то раздались рокочущие раскаты грома. Они приближались с непонятной быстротой, и вот молнией сверкнул странный аппарат.
Это первый советский спортивный реактивный автомобиль, со-зданныи коллективом Горьковского автозавода имени Мологово.
У реактивного автомобиля мног о преимуществ перед обычным автомобилем с поршневым двигателем. Вращающий момент вала такого двигателя почти не изменяется, а ведь условия работы автомобиля разнообразны. Поэтому без дополнительных устройств обычный автомобиль не смог бы преодолеть крутые подъемы или плохую дорогу. Такими устройствами являются сцепление и коробка передач. Они сильно утяжеляют автомобиль и усложняют управление им. Другое дело реактивный автомобиль. Ему не нужны дополнительные механизмы. На машине установлен турбореактивный двигатель, принцип работы которого не отличается от авиационного. Струя воздуха проходит через прикрытые решетками боковые отверстия и смешивается с распыляемым горючим. Образующиеся при горении газы выбрасываются через хвостовое отверстие и толкают машину вперед.
Бак с горючим помещается в передней части автомобиля, а двигатель отнесен назад, за кабину водителя. Изящная каплеобразная форма помогает машине преодолевать сопротивление воздуха. Новый автомобиль развивает скорость в 300 килочетров в час.
Конструктор А. А. Смолин рассказал ребятам о создании этого замечательного автомобиля*
Что-то подобное происходит и с мезонами. Они тоже словно растворены в ядре, находятся в нем в неявном виде. И именно с in* обеспечивают ядру его необычайную устойчивость и компактность. Для перевода мезонов из неявного состояния в свободное необходима значительная энергия. И если какая-нибудь частица приносит в ядро такую энергию, это приводит к серьезным изменениям в ядре, сопровождающимся как бы «рожде-нием»\мезона в явном виде.
Английский физик Пауэлл совершенно неожиданным образом подтвердил ее. Он доказал, что мезоны космических лучей — это не мезоны Юкава, а несколько иные частицы, а в 1948 году открыл щНзую частицу—« (пи)-мезон, которая вела себя совершенно так\^»х предсказывал японский ученый.
Немногие ото*ъ£ия приносят ученым столько новых трудностей, сколько п^нксли мезоны. Оказалось, что и р-мезоны и ir-мезоны очень^ЧГеустойчивы. Время жизни их измеряется миллионными и миллиардными долями секунды. А затем они распадаются на более легкие и устойчивые частицы.
Изучение распада j^-мезонов привело к открытию еще одной удивительной частицы. Вначале казалось, что ц-мезон просто превращается в электрон или позитрон. В камере Вильсона
было ясно ВИДНО, Но расчеты показал возникнуть по мен заряда и почти не нейтрино, что значи мых загадочных и
Даже следов ее нииго еще не видел. — А теперь, — говорит Пайерлс, — мы
к р-мезон порождаем лишь одну частицу, что по закону сохранения энергии должны/ ей мере еще две частицы, не имеющие меющне массы. ОнЪ получили названий очень маленький нейтрон. Это оцна из са-наименее поддающихся изучению частиц.
самых замечательны
Мы уже говорил! «электроном наоборфг», электроном
Теоретики предска электрон (позитрон) протон — антипротон ные» атомы с ядром облаком положнтел ресное, что свойств
iодходим к одному из f предвидений и открытий двадцатого бека, о позитроне, котор ^й является к^к бы
с па1 ожительным зарядом, ^ывали, что раз суще :твует положительный то должен существовать и отрицательный Можно даже предел авить себе «обращен-р отрицательных ант* протонов, окруженным х электронов — поштронов. Самое инте-такого «антиатома»л *ичем не будут отли-
чаться от свойств вбцчного.
В октябре пгошлЬго года американские физики Чем-берлен, Сегре, ^Виган\ и Илсилантис, работающие на ги-
*нтипрртон! Но ведет он неплохо, — ведь теорией всегда
жду /оп ПаЯ^лс,
Ьто да опытом
I антском ускорителе, Обнаружили себя не совсем *так, какХожидали. И возникающие Противоречив между двигали наук^вперед.
— В сущности, — продолжает чтобы на этом] и закончился спнео уже достаточна для существования самих. Электрсжы, протоньАи нейтроны необходи и атома. сЬо^ры нужны Или существовании э.
связаны/ с уядерньия силами
— был!
элемента р| сей вселен!
поля, г-мезо! можно было Но оказа еще рано. J> частиц. Oj
бы естественно, ых частиц. Их й, включая нас ы для построй-ектромагнитного Грубо говоря,
безунейтромов и (а-мезонов, исок Элементарных уастац закрывать годы Вшили оюомноу количество новых езонов’Ввдаружбро срыше Десяти типов:
здесь и в ктэта)-мёзон1ы, и ” (Шг)мезсЙЦ#Н к (кармезоны *.
Действительно, при лобовом столкновении биллиардных шаре в налетающий шар останавливается, а покоившийся начинает двигаться со скоростью первого.
Ученые подсчитали вероятность лобового столкновения дейтрона с протоном. Она оказалась очень малой; поэтому все наблюдавшиеся случаи нельзя объяснить простым лобовым столкновением. Как же быть? А что, еоиС^^елать такое смелое предположение: когда нейтрон сближаеК)* с протоном настолько, что попадает в зону действия ядерных сил (но частицы не сталкиваются!), нейтрон превращаете^ в протон и, почти не изменив энергии движения, продолжает свой путь? А неподвижный протон продолжает покоиться, но превращается в нейтрон? Это может произойти, если в момент сближения положительный заряд протона перейдет на нейтрон, который от этого превратится в протон. Протон же, потеряв свой заряд, станет нейтроном.
«Смело! — скажете вы. — Но для того, чтобы я вам^дожчЯ^ тельно поверил, объясните, как же происходи^^^^Ев^^ряда-ми? Собственно говоря, что вы имеете в сб этом обмене. Ведь до сих пор носи-определенные частицы: электрон, протон, частицы не существовало. О какой же час)
Ответ на эти принципиальные вопрос: Юкава. Он выдвинул очень интересную ^йй jj^ ^бЫДОзах
частиц, которыми обмениваются протон и гЯНЙ^МЙскж) они, эти частицы, и обусловливают ядерные сищЦ^рР^вых, эти частицы должны быть прочно связаны с протонами и нейтронами. А во-вторых, их масса должна быть тем больше, чем короче радиус действия силы. При тех расстояниях, на которых сказываются ядерные силы, масса частицы должна составлять 77 массы протона. Это было своего рода предсказанием: если ядерные силы вызваны обменом какими-то частицами, то масса этих частиц должна быть около 200 электронных единиц. Эти предполагаемые частицы назвали мезонами.
Здесь мы подходим к одному из сложнейших вопросов современной науки. Если мезон имеет массу и все время тесно связан с протонами и нейтронами, то почему же его масса не сказывается на массе этих частиц? А если он появляется лишь в момент их сближения, то откуда же он возникает?
Чтобы хоть немного облегчить понимание этих явлений, рассмотрим очень приблизительную аналогию. Наверное, каждый знает, что белый фосфор обладает способностью светиться в темноте. Объясняется это явление просто. Энергия, приносимая лучами при освещении фосфора, возбуждает его атомы. Она словно растворяется в нем. А затем атом, переходя из возбужденного состояния в обычное, отдает энергию в виде свечения. Свечение, как и любая электромагнитная энергия, излучается определенными порциями — фотонами. Современная физика рассматривает фотон не только как порцию энергии,
но и как некоторую частицу. Откуда же берутся эти фотоны при свечении фосфора? Они словно растворены в возбужденном атоме, находятся в нем в скрытом виде.
Советский ученый Д. Д. Иваненко первый высказал мысль о том, что ядро атома состоит не нз электронов и протонов, а из протонов и нейтронов.
И сразу возникла новая, колоссальная по трудности проблема: как же, чем удерживаются вместе протоны и нейтроны, образуя устойчивое ядро? Старые положения рушились.
Оставалось предположить, что в ядре имеются силы совершенно нового, неизвестного до сих пор типа.
— И ученые сделали то,—с легкой улыбкой замечает Пайерлс,— что всегда полезно в науке: ввели новый термин —«ядерные силы».
Но дать название — еще не значит объяснить. И начались нгстойчивые исследования.
Путь к решению открыло изучение столкновений между нейтронами и протонами. Среди многочисленных столкновений внимание ученых привлекло несколько случаев, на первый взгляд ничем не примечательных. Двигавшийся с большой скоростью нейтрон налетал на неподвижный протон. После столкновения нейтрон останавливался, а протон продолжал его движение.
Что же здесь интересного, спросите вы, — подобные столкновения мы не раз видели во время игры на биллиарде.
В том же году при изучении поведения бериллия под действием излучения радия физик Чадвик натолкнулся на новое удивительное явление: бериллий сам начинал испускать какие-то загадочные лучи! В камере Вильсона эти лучи не видны. Но если поместить бериллий не в самой камере, а рядом, то в ней на^й^зипоявляться коротенькие следы. Они возникали внутри caMSfr^iw^pbi и имели самые различные направления.
После многих опытов ученые установили, что лучи, испускаемые бериллием, представляют собой поток тяжелых незаряженных частиц. Масса каждой из них оказалась чуть больше массы протона. Новую частицу назвали нейтроном, так как она электрически нейтральна.
И вот тогда-то перед физиками снова стал вопрос: как теперь быть? Пока ученые располагали лишь электронами и ж-отонами, все казалось ясным: ядро атома состояло из про Чиюв и некоторого количества «связанных» электронов, а во ■йуг ядра носилось «облако» свободных электронов, f А куда же теперь «деть» позитроны и нейтроны?
Наблюдая за поведением частиц, прилетающих на Землю из мирового пространства, Скобельцын неожиданно обнаружил совершенно необычные следы. По своему характеру они, бесспорно, должны бы принадлежать электронам, однако… Этому трудно было поверить, но они не отклонялись довольно сильным магнитным полем. Дальнейшие опыты Кунце, а особенно Андерсона открыли еще более поразительный факт: очень сильное магнитное поле все же отклоняло эти частицы, но отклоняло в сторону, противоположную отклонению электронов. Это может произойти только в том случае, если частицы имеют не отрицательный, как электрон, а положительный заряд.
Самые тщательные и придирчивые исследования подтвердили: да, следы действительно принадлежат частицам, обладающим всеми свойствами электронов, однако имеющим положительный заряд.
Сомнений больше не оставалось: открыта новая частица, получившая название «позитрон» — положительный электрон.
Английский ученый Эрнест Резерфорд предложил планетарную модель атома. В центре он расположил положительно заря^ женное ядро, вокруг которого вращаются электроны. Такая МВД/ дель напоминает солнечную систему: электроны движутся вокьт^ ядра, подобно планетам. Но если вокруг Солнца врайхается вфгда лишь девять планет, то у большинства ядер число «спутники^^ измеряется десятками. Ядро атома урана, например, окружеВС настоящим «электронным облаком» из 92 электронов. ^5И
Теория строения вещества вдруг снова стала ясной и понятной. Почти все свойства атомов можно было описать простыми математическими уравнениями, и около тридцатых годов нашего века опять сложилось впечатление, что, может быть, скоро физика «будет окончена». Правда, ученые не знали структуры атомного ядра, но казалось, что сразу решилось столько сложнейших проблем и осталось совсем немногое; последние усилия — и будут открыты все тайны атомного ядра…
Но в 1932 году в физике произошла революция. Грянула она совершенно неожиданно и оттуда, откуда ее меньше всего можно было ожидать, — в полном смысле слова, к£*Чгром с ясного
Существование
атома, а также сенсацион-
неба
Ленинградский физик Д. В. Скобельцын изучал с помощью камеры Вильсона приходящие на Землю из далеких глубин мирового пространства космические лучи. Камера была помещена между полюсами большого магнита. Пролетавшие через нее сверху вниз заряженные частички под действием магнита отклонялись от прямолинейного пути.