Луна и элементарные частицы

Незаменимой природной лабораторией физикам, изучающим строение материи, служат космические лучи. В потоках космического излучения, пронизывающих мировое пространство, можно встретить частицы с такой энергией, которую мы еще не умеем получать даже на самых мощных ускорителях.

Однако у «лаборатории космических лучей» есть и весьма существенный недостаток: если речь идет о поиске частиц, обладающих редкими свойствами, то ожидание может длиться многими десятилетиями. Ведь нельзя знать заранее, когда интересующая нас частица окажется именно в той точке пространства, где находится в данный момент регистрирующая аппаратура.

Физики пытаются выйти из положения, устанавливая в горных районах специальные фотопластинки с толстослойными эмульсиями. Пронизывая такие эмульсии, космические лучи оставляют в них свои следы — треки.

Рис. 11. Следы элементарных частиц в фотоэмульсии.

Но, во-первых, продолжительность подобных наблюдений пока еще невелика, а во-вторых, даже самые высочайшие горные вершины еще далеко не космос. Не все частицы могут пробиться сюда сквозь толщу земной атмосферы. Правда, с развитием техники физики получили возможность поднимать свои приборы на высотных самолетах, шарах-зондах и разного рода космических аппаратах. Но самолеты и шары-зонды могут обеспечить лишь кратковременные наблюдения, а космические аппараты появились сравнительно недавно.

И все же именно космические аппараты могут произвести в изучении космических лучей подлинный переворот Они сделали доступной для исследователей лабораторию, где регистрация космических лучей ведется уже на протяжении миллиардов лет. Эта лаборатория тоже создана самой природой. Речь идет о Луне.

Как мы уже знаем, лунная поверхность, не защищенная атмосферой, подвергается непрерывной обработке частицами космических лучей. И лунные породы хранят следы этих ударов. Изучение таких следов уже началось.

Появились первые, чрезвычайно интересные сообщения. Индийские ученые Д. Лал и Н. Бхаудари в результате специальной обработки образцов, доставленных с Луны, обнаружили в кристаллах лунного вещества необычно длинные треки каких-то частиц. Один из них достигает 18 микрометров. Для сравнения можно указать, что частицы, образовавшиеся при спонтанном делении ядер атомов урана, дают треки длиной только до 14 микрометров.

А американский ученый Б. Прайс обнаружил в лунной породе трек еще в пятьдесят раз длиннее.

Каким же частицам могут принадлежать столь длинные следы?

Что касается треков, обнаруженных индийскими учеными, то не исключена возможность, что они оставлены осколками ядер атомов сверхтяжелых трансурановых элементов...

Как известно, на протяжении долгого времени последнее, девяносто второе место в периодической таблице Менделеева занимал уран. Благодаря успехам ядерной физики ученым удалось искусственным путем синтезировать целый ряд трансурановых элементов.

Главная трудность такого синтеза состоит в том, что трансурановые элементы чрезвычайно неустойчивы. Чем тяжелее ядро, тем быстрее оно распадается. Поэтому можно было ожидать, что получить элементы с номерами выше 103-го очень трудно или даже вообще невозможно. Однако когда в Дубне был синтезирован 104-й элемент, названный «курчатовием», то оказалось, что продолжительность его жизни составляет около трех секунд.

Проанализировав этот и некоторые другие факты, теоретики пришли к выводу, что в мире трансурановых элементов должны существовать своеобразные «островки устойчивости» — атомы, обладающие устойчивыми электронными оболочками. Предполагается, что подобные островки расположены в районе 106—114-го и 124—126-го элементов.

Но если некоторые трансурановые элементы действительно обладают большой продолжительностью жизни, то они должны существовать и в природе. Возникнув, скажем, при каких-либо бурных космических процессах, они могли добраться и до Земли. А значит, имеет смысл искать их следы.

В последние годы такие поиски интенсивно ведутся в различных средах: в земной коре, в арктических льдах в древних отложениях на дне океанов и даже в старинных стеклах и зеркалах.

Но очень может быть, что наилучшие условия для подобных изысканий существуют на нашей древней спутнице Луне...

Какая же чудовищная частица могла оставить в лунном веществе след длиною чуть ли не в миллиметр? Не исключено, что это загадочный монополь — гипотетическая частица, предсказанная еще в 1931 г. известным английским физиком-теоретиком П. Дираком.

Как известно, электрические заряды, положительные и отрицательные, могут существовать независимо друг от друга. В природе имеются электроны и позитроны, протоны и антипротоны. В то же время магнитные заряды, северный и южный, неразрывно связаны между собой. Создать или хотя бы наблюдать монополь и антимонополь, т. е. отделить друг от друга магнитные полюсы, никому никогда еще не удавалось.

Согласно расчетам Дирака, магнитный заряд монополя должен быть приблизительно в 70 раз больше, чем электрический заряд электрона. Следовательно, даже в весьма слабых магнитных полях монополь может приобретать колоссальную энергию. Поэтому, обладая монополем, мы могли бы довольно элементарными средствами создавать необычайно мощные ускорители, не говоря уже о том, что доказательство существования монополя помогло бы разрешить много трудностей теории происхождения космических лучей, в частности, объяснить необычайно высокие энергии некоторых космических частиц.

Кроме того, монополи, согласно подсчетам Дирака, должны обладать значительными массами и взаимодействовать друг с другом в несколько тысяч раз интенсивнее, чем элементарные электрические заряды. В связи с этим выделение монополя и антимонополя в чистом виде гораздо труднее, чем обычных элементарных частиц. Но, с другой стороны, значительно меньше и вероятность их взаимной аннигиляции. Благодаря этому монополи могли бы явиться превосходными «снарядами» атомной артиллерии для бомбардировки различных элементарных частиц, «снарядами», которые можно разгонять до огромных энергий и употреблять много раз подряд. Это привлекло к поискам монополя многих физиков, поискам, которые пока что остались безрезультатными.

Но дело не только в заманчивых практических возможностях, которые сулит получение монополя. Вопрос о существовании элементарных магнитных частиц представляет большой теоретический интерес.

Как обнаружение монополя, так и открытие закона, «запрещающего» его существование, имело бы одинаково важное значение для развития физических представлений о строении мира.