Сколько лет электрону?
Статья написана Павлом Чайкой, главным редактором журнала «Познавайка». С 2013 года, с момента основания журнала Павел Чайка посвятил себя популяризации науки в Украине и мире. Основная цель, как журнала, так и этой статьи – объяснить сложные научные темы простым и доступным языком
Читатели научно-популярной литературы уже привыкли к тому, что в микромире свои мерки для долгой и короткой жизни. И миллиардная доля секунды — весьма длительный срок для некоторых частиц. А тысяча миллиардов миллиардов миллиардов лет, представьте, слишком мало для протона, во всяком случае, эксперимент показывает, что он живет больше. Может возникнуть довольно естественный вопрос: а не все ли равно — эти многочисленные миллиарды или бесконечность ведь срок-то гораздо более долгий, чем время существования самой Вселенной, стоит ли беспокоиться? Оказывается, стоит, и вопрос это принципиальный — распадается протон или нет? Это факт, определяющий строение теории элементарных частиц. Подобная ситуация и с электроном: если он распадается, то неверна современная теория электромагнитного взаимодействия — квантовая электродинамика, да к тому же не сохраняется электрический заряд.
До сей поры все настолько верили в сохранение электрического заряда и справедливость квантовой электродинамики, что даже не возникало серьезных предложений для экспериментов по проверке стабильности электрона. И сейчас пока не появилось никаких указаний на то, что он распадается, просто в физике элементарных частиц произошло столько всяких событий, что изменился психологический климат в науке, отношение к подобным вопросам. Короче говоря: «А что, если…»
Если бы электрон распадался, то он испускал бы гамма-квант и нейтрино с энергией, эквивалентной половине своей массы. Поэтому задачу эксперимента совсем не сложно описать: внимательно наблюдать с помощью специальных приборов за некоторой массой вещества, пока не будут зарегистрированы гамма-кванты нужной энергии. Основная сложность — множество частиц, пронизывающих установку. Сигналы от них могут быть ошибочно приняты за гамма-квант.
Приходится создавать специальную низкошумящую камеру, как при поисках распада протона, забираться глубоко под землю, чтобы загородиться от потока космических частиц. Эта работа была проделана учеными. Но даже в подземной лаборатории гамма- кванты летели в установку буквально со всех сторон — их испускали входящие в состав горной породы радиоактивные элементы. Заслонишься от них метровой стеной бетона, но и в самом бетоне есть, пусть совсем в мизерном количестве, радиоактивные атомы урана и тория. И сама защита получается источником помех. Все это приходилось кропотливо замерять и учитывать. Оказалось, что меньше всего «шумит» защита из четырех сантиметров вольфрама плюс четыре сантиметра меди.
После всех мер предосторожности и учета множества поправок камера была включена и проработала в общей сложности около шести недель. Основной результат — ни одного распада электрона. Выходит, время его жизни, по крайней мере, больше, чем десять в двадцать третьей степени лет. Результат этот рекордный, он в несколько раз превышает полученные ранее ограничения, налагаемые на время жизни электрона. Итак, распад электрону пока не угрожает…
Но это еще не все. Созданная для такой сугубо фундаментальной исследовательской работы низкофоновая камера, оказывается, может с успехом решать и прикладные задачи. С ее помощью удается очень точно определять гамма-активность различных материалов. Кроме того, можно определять количество радиоактивных элементов типа урана и тория в исследуемых породах. Например, эта установка была с успехом применена в изучении образцов лунного грунта, доставленных на Землю из Моря Кризисов. И так бывает довольно часто: всякий тщательно выполненный эксперимент дает больше, чем от него ожидали вначале.
Автор: А. Андреев.