25 глава Новая игрушка Энрико — гигантский циклотрон

25 глава

Новая игрушка Энрико — гигантский циклотрон

— Циклотроны, наподобие египетских пирамид, может статься, войдут в историю в качестве примера не имеющих никакого назначения монументов, — сказал Энрико. Прошло уже почти девять лет с того знаменательного дня, как наши физики впервые запустили атомный котел под западными трибунами стадиона.

На другой стороне улицы, где стоит эта подделка под средневековый замок, вырос теперь целый ансамбль зданий, таких новеньких, чистеньких и изящных по сравнению с этим запущенным, полуразвалившимся замком — это научно-исследовательские институты и здание ускорителей.

Гигантский циклотрон Чикагского университета был сооружен в низком длинном здании ускорителей. В тот день, когда Энрико заговорил со мной о циклотроне, его только что запустили, спустя четыре года после того, как начали строительство, — в июле 1947 года. Энрико волновался и радовался, как ребенок, которому подарили новую игрушку. Он так долго о ней мечтал, и, оказывается, она даже лучше, чем он думал! Все это лето 1951 года он «играл» в свой циклотрон с утра до вечера. Циклотрону позволялось даже нарушить весь распорядок его дня.

— Циклотроны и пирамиды! — возразила ему я. — Что за странное сравнение! Ну что у них общего?

— И то, и другое — явная победа человека над грубой силой материи. И то, и другое построено без всяких финансовых соображений о выгоде.

Действительно, это было так. Пирамиды воздвигались, чтобы тешить фараонов при жизни, льстить их тщеславию и хранить царственные тела после кончины. Циклотроны позволили человеку сделать еще один маленький шаг вперед на пути познания. И циклотрон, и пирамида — поистине это монументы, которые не сохраняют своего полезного назначения!

Сотни тысяч рабов строили великую пирамиду Хеопса; из каменоломен в соседних горах до места постройки на веревках, врезавшихся в голые плечи, волокли они на полозьях или на катках громадные глыбы по две с половиной тонны каждая.

Постройка гигантских циклотронов через пять тысяч лет после пирамид, в наш век машин, была, конечно, не таким тяжким подвигом, но все же это было крупное достижение, требовавшее большого технического мастерства. Готовых циклотронов в продаже не существует, и это еще одна черта, сближающая их с пирамидами.

Первый гигантский циклотрон был построен отцом всех циклотронов Эрнестом Лоуренсом на холме близ Беркли, в Калифорнии, тотчас же после окончания второй мировой войны. Лоуренс считал, что безопасности ради циклотроны лучше устанавливать подальше от человеческого жилья, потому что от такого огромного циклотрона, когда он работает, исходит смертоносное излучение. Другие университеты тоже предпочитали строить циклотроны не у себя на территории.

Но чикагские физики народ ленивый. Им хотелось, чтобы циклотрон был всегда под рукой там, где они вели всю работу и где они преподавали. Надо только создать надежную защиту и для тех, кто будет работать с циклотроном, и для людей, живущих поблизости. И они решили строить циклотрон в глубокой шахте, гораздо ниже уровня улицы, чтобы большая часть излучения поглощалась почвой, а для более надежной защиты весь циклотрон заключить в толстые железобетонные щиты.

Весь план здания ускорителей разработали, исходя из этого проекта. В здании оставили достаточно места для ускорителей других типов, затем шла шахта, где должен был сооружаться циклотрон, и длинная платформа, на которой можно было установить громадный кран, способный поднимать сотни тонн сразу.

Рассчитывали, что одна из крупных промышленных фирм построит циклотрон для Чикагского университета.

Но ученые никак не могли сговориться с промышленниками насчет своего проекта. Фирма запросила слишком большую сумму, переговоры затягивались, время проходило без толку. Герберт Андерсон — натура стремительная — любил, чтобы мысль сразу воплощалась в дело, и он решил сам построить этот циклотрон.

— А что эти промышленники вообще понимают в циклотронах? — возмущался Герберт. Ему же придется давать им все спецификации и наблюдать за работой. Он и сам может отлично строить!.. Андерсону пришел на помощь и работал вместе с ним еще один физик, Джон Маршалл. Научно-исследовательское управление морского министерства оказало им щедрую финансовую поддержку. Часть расходов взял на себя город Чикаго. В итоге чикагский циклотрон обошелся в два с половиной миллиона долларов — ненамного более того, что было истрачено на содержание рабов, строивших пирамиду Хеопса.

Основные части циклотрона — это огромный магнит и металлическая коробка. Коробка чикагского циклотрона такая громадная, что в нее можно насыпать триста бушелей[33] зерна. Однако в этом пространстве ничего нет, там пусто. Вернее, даже более чем пусто: девять больших вакуумных насосов выкачивают оттуда воздух. Частицы, которые следует ускорить, вводятся в эту коробку. Магнит отклоняет их от прямолинейного движения и удерживает их внутри коробки, а в это время поле высокой частоты заставляет их двигаться все с большей и большей скоростью.

Магнит чикагского циклотрона состоит из стального сердечника и медной обмотки. Когда через обмотку пропускают электрический ток, стальной сердечник намагничивается. Магнит весит две тысячи двести тонн, то есть почти в сорок раз больше, чем магнит циклотрона, построенного Лоуренсом в тридцатых годах.

Секции сердечника были изготовлены пенсильванской фирмой «Бетлеем-Стил». Каждая из них весит восемьдесят тонн. На товарную станцию Чикаго был подан особый кран, который перетащил их с железнодорожной платформы на специально заказанные для них гусеничные платформы. Когда груз водрузили на платформы и они двинулись, их старались, где возможно, пускать по трамвайным рельсам, опасаясь, что не выдержат мостовые. Когда в здание ускорителей привезли первые секции, там уже собралась целая толпа — представители городского управления, которые дали разрешение на проезд этих махин по улицам, представители разных коммунальных предприятий, газовых и электрических компаний, хозяйство которых, находившееся под мостовыми, могло пострадать, полисмены и фотографы. На спуске к зданию ускорителей платформы придерживали тросами и лебедками; их чудовищный груз заставлял опасаться за самые надежные тормоза. Три часа ушло на то, чтобы ввести в помещение первую секцию.

Магнитная обмотка сделана из двухдюймового медного провода квадратного сечения с отверстием посредине, по которому пропускается вода для охлаждения металла. Длина провода четыре с половиной мили, а в отверстие свободно входит большой палец руки. Медные брусья и металлическая коробка были изготовлены на нью-йоркской верфи. Ни то, ни другое нельзя было отправить по железной дороге, настолько это было громоздко; их погрузили на две баржи и отправили по каналу в Буффало.

Там их перегрузили на фрахтовое оперное судно, доставили в Чикаго по озеру и под сильным полицейским конвоем повезли к зданию ускорителей по самым широким улицам, откуда заранее угнали со стоянок все машины.

Энрико повел меня осматривать циклотрон, когда щиты не были еще готовы и можно было взглянуть на гигантский магнит. Он велел мне снять часы и оставить их в конторе наверху, иначе магнитное поле повредило бы их. Затем мы спустились в шахту.

Этот магнит ничуть не был похож на тот красненький подковообразный магнитик, которым я подбираю булавки и иголки, когда занимаюсь шитьем. Магнит циклотрона, окрашенный в желтый цвет, был величиной с небольшой дом, но какой-то непонятной формы. Я так и не разобрала, где у него полюсы, хотя Энрико и объяснял мне.

Энрико заставил меня вскарабкаться на какой-то широкий выступ, вроде верхушки стены, толщиной в двенадцать футов — это была почти целая улица! Когда я стала на этом выступе и приготовилась смотреть, на какие штуки способен этот магнит, Энрико дал мне свой перочинный ножик и сказал:

— Держи крепче! Не выпускай из рук!

До сих пор в обмотке не было тока. Теперь ток включили и магнит сразу ожил. Ножик так и рванулся у меня из рук. Потом я заметила, как странно раздулся карман пиджака у Энрико — он вытянулся из своего обычного вертикального положения в горизонтальное, точно какой-то невидимый дух старался стащить пиджак с плеч Энрико, дергая его за карман. Это магнит циклотрона пытался отнять у Энрико его ключи.

Но вместе с озорным духом веселого проказника в циклотроне живет еще и злой дух. Как-то раз на полу лежал обломок железобетона. Это был непорядок, и Андерсон, забыв, что внутри бетона имеется железная арматура, поднял его с полу. В тот же миг магнит вцепился в эту штуку и защемил руку Герберта между своей стеной и этим обломком.

Двенадцатифутовая стена, на которой я стояла, представляла собой только часть будущего щита, и это произвело на меня сильное впечатление. Через несколько месяцев я снова попала в здание ускорителей, но теперь уже весь циклотрон спрятался за огромными глыбами железобетона. Выступа, где я стояла и ходила, уже не было. Стена поднялась вверх и сомкнулась с кровлей шита.

Когда я остановилась против другой высокой стены, Энрико нажал кнопку. Часть стены начала бесшумно скользить, железобетонная махина толщиной в двенадцать футов, весом в шестьдесят девять тонн отодвинулась. Эта махина, получившая название «дверцы Джона Маршалла», отодвигаясь, образует вход, которым можно пройти под свод циклотрона. Джон Маршалл справедливо гордится этим сооружением; он объяснил мне его устройство.

— Здесь действует особая предохранительная аппаратура, — сказал он, — которая для того и установлена, чтобы человека не могло раздавить в дверном пролете между стеной магнита и этой шестидесятидевятитонной махиной и чтобы никто не мог очутиться в западне под сводами циклотрона, — циклотрон автоматически выключается и перестает работать, пока не захлопнется дверь. Все меры предосторожности были приняты, чтобы обезопасить работу с циклотроном.

Пока я стояла завороженная, не сводя глаз с этой беззвучно открывающейся и закрывающейся двери, мне вдруг ясно представилась картина двадцатилетней давности — старое здание физического факультета в Риме, и я стою в маленькой комнатке с высоким потолком и голыми стенами. У одной стены громоздится какой-то неуклюжий аппарат с вертикальными стержнями, на которых наверху насажены металлические шары. Аппарат доходит почти до потолка. Какое это было разочарование, когда я увидела его! Неужели это и есть та самая высоковольтная машина, построенная Энрико и его друзьями, которой они так гордятся? Энрико с таким увлечением рассказывал об этой машине, что я не могла дождаться, когда мне покажут ее. Для этого я и пришла в физическую лабораторию.

У меня язык не поворачивался поздравить их, я не видела в этом сооружении ничего замечательного. Но надо же было что-то сказать… Перед самой машиной стоял стол — по-видимому, выброшенная за ненадобностью старая конторка.

— А зачем здесь этот стол? — спросила я.

И мне объяснили, что стол поставлен в качестве ограничителя — своего рода барьера, который не позволяет подойти вплотную к прибору и попасть под действие высокого напряжения. Физики поставили его тут после того, как Амальди однажды сбило с ног током. На его счастье в комнате был Сегре; он тут же выключил ток, и машина перестала работать.

Маленький ветхий столик и… железобетонная махина в двенадцать футов толщины…

Самый большой из когда-либо виденных Энрико автоматических приборов, которые он так любит, сооружался в Чикагском университете прямо у него под самым носом. Ну разве он мог устоять перед таким соблазном и предоставить все делать Герберту Андерсону и Джону Маршаллу? Разумеется, нет!

Энрико смастерил маленький прибор для этого громадного сооружения.

Когда циклотрон действует, к нему нельзя приближаться, потому что излучение его крайне опасно. Нельзя приближаться и к вакуумной коробке, где происходит ускорение протонов и производятся опыты. Если надо что-нибудь поправить или изменить в положении экспериментального оборудования, например передвинуть мишень, в которую попадают ускоренные частицы, циклотрон приходится останавливать. «А нельзя ли, — подумал Энрико, — поместить эту мишень на какую-нибудь тележку на колесиках, которая передвигалась бы автоматически?..»

И Энрико смастерил то, что теперь называется «тележкой Ферми». Это платформочка из люцита, смонтированная на четырех колесиках, которые выглядят так, точно их посчастливилось откопать в какой-нибудь сборочной мастерской. Но Энрико, страшно обиженный, говорил, что он все сделал своими руками, каждую мелочь. Тележка не требует ни горючего, ни электроэнергии, она использует магнитное поле самого циклотрона. Рельсы ей тоже не требуются, потому что колеса подогнаны как раз к краю нижнего полюса магнита. Мишень или какая-нибудь другая небольшая деталь оборудования закрепляется на люцитовой платформе и катится на этом «трамвайчике» по краю магнитного полюса до того места, где ее пожелает остановить экспериментатор из контрольной комнаты; для этого ему стоит только нажать кнопку.

«Тележка Ферми» выглядит очень щеголевато, если не считать путаницы соединительных проводов, которые торчат впереди люцитовой платформы. Человеческая природа не меняется. Для Энрико всегда было важно, чтобы сделанная им вещь работала, а ее внешний вид его не интересует.

Что же надеются открыть физики при помощи своих гигантских циклотронов?

К концу войны физики оказались в довольно странном положении. Они, как говорится, «взнуздали» ядерную энергию, но еще очень мало знали о том, что, собственно, представляет собой самое ядро. Ядра послушно проделывали то, что заставляли их делать люди, они делились пополам и отдавали скрытую в них энергию. Они проделывали это охотно и с великой быстротой, вызывая атомные взрывы, или медленно, в виде управляемой цепной реакции. Но они не выдавали тайны своего строения.

А именно этого-то и добивались физики… Ведь ученые — люди жадные, им все хочется дознаться еще чего-то и еще чего-то, и они никак не могут удовлетвориться тем, что они уже знают. Правда, о ядре они, действительно, не так уж много знали… Им только и было известно, что оно состоит из протонов и нейтронов, что протоны сцеплены с нейтронами какими-то колоссальными силами и что эти силы отличаются от всех других сил, которые до сих пор были известны человеку. Но самая природа ядерных сил ускользала от физиков, и эта-то загадка и не давала им покоя.

Существовала еще загадка, перед которой они стали в тупик: если нейтроны, протоны и электроны представляют собой элементарные частицы, из которых состоит вещество, то, казалось бы, никаких других частиц не должно существовать. Однако в космическом излучении было открыто множество других элементарных частиц. Среди них и мезоны, о которых особенно много говорилось. А какую же роль играют мезоны в общей схеме строения ядра?

Может быть, самая любопытная особенность мезонов заключается в том, что предположение о их существовании было сделано еще до того, как они были открыты, — при попытке теоретически проникнуть в тайны ядерных сил. В 1935 году японский физик Хидеки Юкава предложил теорию для объяснения отличительных особенностей ядерных сил. Чтобы построить эту теорию, Юкава должен был допустить существование особых, еще никем не виданных частиц. Они должны были иметь массу, промежуточную между массой электрона и ядра, — и по этой-то причине они и были названы мезонами. Теорию Юкавы так и продолжали бы считать не более как остроумным построением, если бы после этого в космическом излучении не были найдены положительные и отрицательные мезоны. Юкаве за его теорию была присуждена в 1949 года Нобелевская премия.

Энергия космического излучения так невообразимо велика, что физики не надеялись воспроизвести ее при помощи машин. Но они полагали, что можно создать такой мощный циклотрон, который позволит получать новые элементарные частицы в лабораторных условиях. Для разрешения загадки ядерных сил весьма полезна высокая энергия. Лучший способ подойти к этой проблеме — это «встряхивать» протоны до тех пор, пока связи их не ослабеют, и посмотреть, что произойдет в тот момент, когда частицы расцепятся. Но для этого нужны энергии колоссальной мощности; отсюда и необходимость в гигантском циклотроне.

Гигантский циклотрон Лоуренса в Беркли был построен первым, и с его помощью впервые начали получать мезоны в 1948 году. Когда был построен чикагский циклотрон, то с его помощью тоже начали получать мезоны.

Энрико теоретически занимался мезонами, но никаких экспериментов с ними он никогда не производил. Циклотрон открыл ему новую область для исследований, и Энрико поддался соблазну.

После того как мы приехали в Чикаго из Лос-Аламоса, Энрико вернулся к своей старой привязанности — к нейтронам. Новый котел в Аргоннской лаборатории представлял собой мощный источник этих частиц. Энрико часто ездил в Аргонн и экспериментировал как с медленными, так и с быстрыми нейтронами. Он изучал их поглощение, их волновые свойства и совершенствовал технику эксперимента.

— Если бы Энрико был такой, как большинство физиков, — сказал мне как-то недавно Эмилио Сегре (Эмилио нередко навещает нас и Чикаго, как и другие старые друзья, и он бывает очень доволен, когда ему «удается выкачать побольше физики из Энрико»), — он так и продолжал бы работать с нейтронами, довел бы до совершенства постановку опытов в этой области, которую он так хорошо знает. И теперь он был бы «королем нейтронов»! Ну какой другой физик, кроме него, стал бы заниматься новыми экспериментами и вырабатывать новые методы, когда ему стукнуло пятьдесят!..

Ферми исполнилось пятьдесят лет 29 сентября 1951 года, через три месяца после того, как начал работать чикагский циклотрон. И вот тут-то, в пятьдесят лет, Ферми начал изучать и разрабатывать новые методы… он изменил своим нейтронам ради мезонов.

Никаких признаков того, что у Энрико ослабел интерес к циклотрону, я не замечала. Поэтому я была очень удивлена, когда он не так давно отправился на Лонг-Айлэнд, чтобы там облучить несколько фотопластинок в космотроне. Космотрон — это очень большая машина, больше всех гигантских циклотронов. Ее строила Брукхэйвенская национальная лаборатория на Лонг-Айлэнде. Название — космотрон — указывает, что эта машина вступила в состязание с Космосом в производстве частиц высокой энергии.

— Ну, она еще сильно отстает! — сказал Энрико. — Космотрон дает частицы с энергией два миллиарда электрон-вольт, это примерно в четыре с лишним раза больше, чем дает наш циклотрон. А Космос! Космическое излучение достигает величин в миллионы раз больше того, что достигнуто в космотроне.

Физики ненасытны. Недавно в Беркли была введена в действие еще более огромная машина. Она называется бэватрон и будет производить частицы с энергией около шести миллиардов электрон-вольт. Европейский центр ядерных исследований CERN уже заказал для Женевы синхротрон, рассчитанный на производство частиц с энергией двадцать пять миллиардов электрон-вольт. И я слышала, поговаривают, будто физики надеются построить в будущем машины, которые будут производить частицы такой энергии, что мне не по силам запомнить все числа, какими они обозначаются.

* * *

Все действующие лица, выведенные в этой книге, — живые люди. И я приношу им свои извинения и свою глубокую благодарность.

Быть может, они найдут, что я описала их не так, как бы им хотелось, что я отметила забавные черты их характера ярче, чем серьезные. За это я прошу их извинить меня. За то, что они охотно говорили со мной о давних временах и помогли мне освежить мои воспоминания, я приношу им свою благодарность.

Некоторые из них оказали мне большую поддержку, и за это мне хочется особо поблагодарить доктора Сирила Смита, который подал мне мысль об этой книге.

— Вам следовало бы написать биографию вашего мужа! — сказал он мне.

— Не могу! — отвечала я. — Мой муж — это человек, которому я стряпаю и глажу сорочки. Как же я могу подойти к нему с такой серьезной стороны?

Однако семя было брошено, и из него выросла эта книга.

Хочу также поблагодарить доктора Эмилио Сегре за то, что он просмотрел те части рукописи, в которых я касалась научных вопросов, миссис Эрл Лонг и миссис Мортон Гродзинс за то, что они помогали мне и давали полезные советы.

И в особенности благодарю всех членов моей семьи, которым пришлось терпеть жизнь с домашней хозяйкой, вздумавшей писать книгу, — и они терпели и не жаловались.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.