Джон Лоусон (1923–2008) – видный британский инженер и учёный, получивший широко известный критерий старта термоядерной реакции (критерий Лоусона).
Окно (туннель) Гамова – частицы могут преодолевать электростатический барьер Кулона благодаря просачиванию под барьером с помощью окон или туннелей Гамова, возникающих из-за квантово-механических эффектов. Этот эффект был исследован выдающимся русско-американским физиком Г. А. Гамовым, поэтому носит его имя.
Токамак – хитроумное электромагнитное устройство, мощным магнитным полем сжимающее горячую плазму в кольцо, вдоль которого течёт сильный электрический ток. Если водородную плазму в токамаке сделать достаточно горячей и плотной, то в ней начнётся термоядерная реакция.
Сказка о космическом телеграфисте
Виталии Гинзбурге
Дзинтара устроилась поудобнее, посмотрела в высокое окно на звёзды, которые уже мерцали на небе, и сказала:
– Всем известно, что звёзды излучают электромагнитные волны: видимый свет, а также невидимое излучение – от длинных радиоволн до коротких гамма-квантов. Эти сигналы звёзд несут в себе массу важнейшей информации, но, падая на землю, эта звёздная информация уходит, в буквальном смысле, в песок. Лишь в нескольких специальных местах на Земле, в обсерваториях, астрономы ловят излучение звёзд и учатся его расшифровывать.
– Учатся? То есть они ещё не всё расшифровали? – насторожила розовые ушки Галатея.
– Конечно, нет. В этих радиопосланиях, световых письмах и рентгеновских импульсах содержится множество непонятных символов и знаков. Может, там зашифрована информация, которая спасёт наш мир или хотя бы сделает его счастливее, но пока мы сумели прочитать далеко не все страницы космических световых мерцаний и радиосигналов.
– Это хорошо! – сказала довольная Галатея.
– Но мало кто знает, что в космическом пространстве летают не только электромагнитные послания – там движутся ещё и электрические сигналы.
– Что-то вроде космического телеграфа? – спросил Андрей.
– Да, во Вселенной существует космический обмен информацией с помощью электрических токов. Ведь ток – это движение электрических зарядов. А в космосе во все стороны летят потоки электрических зарядов. Самые мощные – от Солнца, но есть электрические послания от далёких звёзд и даже от других галактик.
7 августа 1912 года австрийский физик Виктор Гесс поднялся на воздушном шаре, захватив с собой ионизационную камеру, с помощью которой можно было измерять радиоактивность. На поверхности земли такая камера регистрировала заметную радиоактивность даже после того, как её помещали в свинцовую камеру. Наверное, сказывается радиоактивность земли, решили учёные. Значит, если подняться с такой камерой на воздушном шаре, эта радиоактивность уменьшится.
И вот Гесс, одетый в самую тёплую одежду, какую смог найти, поднялся на воздушном шаре вместе со своей камерой для измерения радиоактивности. Воздушный шар вошёл в облака, но радиоактивность не уменьшилась. Шар вырвался из облаков, поднимаясь ещё выше – в голубое небо. И тут учёный с удивлением заметил, что при подъёме воздушного шара количество ионизирующих камеру частиц выросло!
Так было обнаружено космическое излучение, которое приходит на Землю из космоса. За это открытие отважный воздухоплаватель Гесс получил Нобелевскую премию по физике.
– Так, значит, когда мы летим на самолёте, то в нас попадает космических лучей больше, чем обычно? – спросил Андрей.
– Да, заметно больше, но это неопасно, так как атмосфера нас защищает даже на высоте десяти километров, да и время, проведённое в полёте, не очень велико. Но сверхзвуковые пассажирские самолёты, которые летают выше остальных, в период повышенной солнечной активности выбирают более длинные южные маршруты, где интенсивность космических лучей меньше.
Советский физик Дмитрий Скобельцын использовал камеру Вильсона для анализа космического излучения и в конце 20-х годов сделал важные открытия: он нашёл, что в космических лучах много заряженных частиц, – это было видно по тому, как искривляется их траектория в камере Вильсона, помещённой в магнитное поле. Скобельцын также открыл, что космическое излучение крайне неоднородно: то в камере ничего нет, то сразу возникает целый ливень частиц, которые так и стали называть – космические ливни.
В 1939–1941 годах было установлено, что космические лучи, подлетающие к границе земной атмосферы, главным образом состоят из положительно заряженных и очень быстрых протонов. Отдельные сверхбыстрые космические частицы врезаются в нашу атмосферу и вызывают вторичный поток новых частиц – целый ливень позитронов, мюонов, пионов и многих других частиц. Нередко из космоса прилетают такие быстрые заряженные частицы, энергия которых недостижима на самых мощных земных ускорителях.
Ливень элементарных частиц, вызванный всего лишь одной такой сверхбыстрой частицей космических лучей, достигает земной поверхности, расширяясь до площади в десятки километров. Ливни элементарных частиц светятся в атмосфере, испуская излучение Вавилова – Черенкова, – и это свечение могут засечь специальные телескопы. Например, в Аргентине построена обсерватория имени Пьера Оже, которая наблюдает за атмосферными ливнями.
– А что это за излучение – Вавилова и Черенкова? – спросила неугомонная Галатея.
– Когда по озеру плывёт катер, то за ним остаются два пенных «уса», которые расходятся от траектории движения катера. Они возникают, потому что скорость катера больше, чем скорость распространения волн на воде. Когда реактивный самолет летит на сверхзвуковой скорости – от него расходятся такие же по виду воздушные «усы-волны». То же происходит с элементарной частицей, которая двигается со скоростью больше скорости света, – вокруг неё возникают «световые усы», или конусовидное излучение.
– Тут какая-то ошибка, – сказал Андрей. – Частицы не могут двигаться со скоростью больше скорости света.
– И да и нет, – усмехнулась Дзинтара. – Частицы материи не могут двигаться быстрее световой скорости в вакууме, но скорость света в воде или прозрачных кристаллах гораздо меньше – например, в алмазе она в два с лишним раза медленнее скорости света в вакууме. Если в жидкость или кристалл залетит заряженная частица, скорость которой будет меньше, чем скорость света в вакууме, но больше, чем скорость света в данной среде, – то вокруг такой частицы возникнет излучение, которое и открыл Павел Черенков в 1934 году. Такое же излучение возникает, когда очень быстрые частицы залетают в атмосферу – ведь в воздухе скорость света тоже чуть меньше, чем в вакууме. Именно это излучение и ловит аргентинская обсерватория имени Оже.
Солнечные электрические потоки сообщают нам местные космические новости, рассказывая о вспышках на нашем светиле, о состоянии магнитного поля вокруг него и вокруг Земли. Если Солнце посылает нам космическую телеграмму в виде потока заряженных частиц, то мы получим её в течение 2–3 дней.
Космические галактические лучи – словно дальнодействующий телеграф, сообщающий о событиях галактической удалённости. Вот эта телеграмма сообщает о взрыве сверхновой, а эти электрические сигналы нам посылает пульсар, который своим магнитным полем ускоряет заряженные частицы и рассылает их по всей Галактике. Из-за огромных расстояний новости приходят устаревшими – звезда взорвалась тысячу лет назад, а телеграф только сейчас донёс информацию об этом взрыве.
