Измерение неизмеримого - Абрамов А.И.
Скачать (прямая ссылка):
А как обстоит дело с микрочастицами? Пока результаты всех экспериментов, проводимых в различных лабораториях мира, говорят об одинаковости всех частиц одного вида, но ... только лишь, естественно, в пределах той точности, на которую способен современный эксперимент. А дальше? Ведь может оказаться, что с точностью до четвертого знака после запятой заряды всех электронов одинаковы, а в десятом знаке (о его измерении в настоящее время можно только мечтать) заряды электронов отличаются друг от друга, и тогда они в принципе оказались бы различимыми. К чему привело бы такое открытие, сказать трудно, но мы уже несколько раз встречались с тем, что уточнение значений физических величин приводило к качественно новым результатам. Достаточно напомнить, что когда-то атомы каждого элемента считались одинаковыми, а когда их массы научились измерять более точно, обнаружили различия, что
193
привело к открытию изотопов. В настоящее время некоторые косвенные данные говорят о том, что все частицы одного типа абсолютно тождественны, а потому и неразличимы. Этим свойством объясняют отдельные качественные отличия поведения микрочастиц от поведения любых объектов макромира. Дальнейшее развитие техники измерений должно или подтвердить, или опровергнуть данное утверждение.
Точное знание физических констант имело не только теоретическое, но и большое практическое значение. Для расчета ядерных реакторов необходимо хорошо знать все о взаимодействии нейтронов и некоторых других частиц с ядрами различных веществ. В настоящее время известны тысячи различных ядерных реакций, каждая из них характеризуется своим набором параметров, которые к тому же еще как-то меняются с изменением энергии падающих частиц. Специалисты подсчитали, что для записи всей информации, необходимой для точного расчета ядерных реакторов, потребовалось бы не менее 20000000 чисел, каждое из которых надо знать с достаточно высокой точностью. Для измерения всех этих ядерных констант нужны многие годы работы больших научных коллективов. Но задача эта очень важная и очень нужная, так как более точные сведения о свойствах ядерного топлива и других применяемых при постройке реакторов материалов позволят точнее рассчитывать ядерные силовые установки, не делать излишних запасов "на незнание". Это в свою очередь приведет к значительной экономии дорогостоящих материалов, повысит коэффициент полезного действия ядерных реакторов, снизит стоимость электроэнергии. Специалисты подсчитали, что если бы некоторые ядерные константы мы знали с точностью в 10 раз лучшей, чем сейчас, то,по данным американских специалистов, это позволило бы только в одной крупной стране на протяжении нескольких лет сэкономить при постройке реакторов сотни миллионов долларов! Уже одно это окупает затраты на проведение физических исследований и на строительство даже таких грандиозных установок, как синхрофазотроны.
Интересной задачей является дальнейшее совершенствование техники измерения времени, в частности периодов полураспада. При измерении больших периодов полураспада основная трудность связана с необходимостью регистрации очень редких процессов: ведь чем больше период полураспада, тем меньше частиц будет попадать в счетчик в единицу времени. Развитие техники регистрации очень редких событий позво-
194
лило установить, что некоторые вещества, которые раньше считались стабильными, на самом деле радиоактивны. Так, оказалось, что радиоактивен обычный висмут, который с периодом полураспада 2,7 ¦ 10*7 лет превращается в таллий. В настоящее время удается измерять периоды полураспада примерно др 1019 лет. А что если бы мы умели измерять еще большие периоды, например до 10і5 или 1050 лет? Может быть, мы бы узнали, что и другие элементы радиоактивны? Или что существуют другие виды распада, которые сейчас нам не известны, поскольку они очень редки и современные приборы их просто не регистрируют? Существование одного такого процесса — так называемого двойного 0-распада - лишь недавно удалось обнаружить экспериментально.
Другой интересный вопрос, решение которого связано с необходимостью регистрации очень редких процессов, .— это вопрос о стабильности протона. В; настоящее время протон считается вполне стабильной частицей. Но посмотрите на таблицу элементарных частиц в конце книги: все "соседи" протона, как более тяжелые, так и более легкие, нестабильны и распадаются с различными периодами полураспада, превращаясь в частицы меньшей массы. Так что же мешает распасться протону? А может быть, он и распадается, скажем, на позитрон и два нейтрино, или на я-мезон и нейтрино? Ведь самые общие законы природы — законы сохранения энергии, заряда и момента количества движения - этому не препятствуют. Для того чтобы отразить экспериментальный факт стабильности протона, пришлось придумать специальные законы — законы сохранения барионного и лептонного зарядов, которые в переводе на общепонятный язык только то и говорят: протон стабилен. Но ведь когда-то стабильными считались и атомы всех элементов...
Бели бы удалось обнаружить нестабильность протона и изучить ее природу, то, возможно, удалось бы найти и путь искусственного расщепления протонов. Это дало бы в руки людей неисчерпаемый источник энергии. Как показывает расчет с помощью известного соотношения E-jnc2, при распаде р-> -+ е+ + Iy должна выделяться энергия около 940 МэВ. Напомним, что при делении одного ядра урана, которое в 230 раз тяжелее протона, выделяется всего около 200 МэВ. Значит, при распаде всех протонов, содержащихся в 1 кг водорода, может выделиться почти в 1000 раз больше энергии, чем при делении всех ядер в 1 кг урана, да к тому же сырьем здесь могла бы служить самая обычная вода. Таким образом, повы-
