Скільки років електрону?
Стаття написана Павлом Чайкою, головним редактором журналу «Пізнавайка». З 2013 року з моменту заснування журналу Павло Чайка присвятив себе популяризації науки в Україні та світі. Основна мета як журналу, так і цієї статті – пояснити складні наукові теми простою та доступною мовою.
Читачі науково-популярної літератури вже звикли до того, що в мікросвіті свої мірки для довгого та короткого життя. І мільярдна частка секунди – дуже тривалий термін для деяких частинок. А тисяча мільярдів мільярдів мільярдів років, уявіть, занадто мало для протона, принаймні експеримент показує, що він живе більше. Може виникнути досить природне питання: а чи не все одно — ці численні мільярди чи нескінченність адже термін набагато триваліший, ніж час існування самого Всесвіту, чи варто турбуватися? Виявляється, варто, і це питання принципове — розпадається протон чи ні? Це факт, що визначає будову теорії елементарних частинок. Подібна ситуація і з електроном: якщо він розпадається, то неправильна сучасна теорія електромагнітної взаємодії — квантова електродинаміка, та й до того ж не зберігається електричний заряд.
Досі всі настільки вірили у збереження електричного заряду і справедливість квантової електродинаміки, що навіть не виникало серйозних пропозицій для експериментів щодо перевірки стабільності електрона. І зараз поки що не з’явилося жодних вказівок на те, що він розпадається, просто у фізиці елементарних частинок сталося стільки всяких подій, що змінився психологічний клімат у науці, ставлення до подібних питань. Коротше кажучи: «А що, якщо…»
Якби електрон розпадався, він випускав би гамма-квант і нейтрино з енергією, еквівалентною половині своєї маси. Тому завдання експерименту зовсім не складно описати: уважно спостерігати за допомогою спеціальних приладів за деякою масою речовини, доки не будуть зареєстровані гамма-кванти потрібної енергії. Основна складність – безліч частинок, що пронизують установку. Сигнали від них можуть бути помилково прийняті за гама-квант.
Доводиться створювати спеціальну камеру, що низько шумить, як при пошуках розпаду протона, забиратися глибоко під землю, щоб загородитися від потоку космічних частинок. Ця робота була зроблена вченими. Але навіть у підземній лабораторії гамма-кванти летіли в установку буквально з усіх боків — їх випускали радіоактивні елементи, що входять до складу гірської породи. Заступишся від них метровою стіною бетону, але й у самому бетоні є, нехай зовсім у мізерній кількості, радіоактивні атоми урану та торію. І сам захист виходить джерелом перешкод. Все це доводилося ретельно заміряти та враховувати. Виявилося, що найменше «шумить» захист із чотирьох сантиметрів вольфраму плюс чотири сантиметри міді.
Після всіх запобіжних заходів та врахування безлічі поправок камера була включена і пропрацювала загалом близько шести тижнів. Основний результат – жодного розпаду електрона. Виходить, час його життя, принаймні, більше, ніж десять у двадцять третьому ступені років. Результат цей рекордний, він у кілька разів перевищує одержані раніше обмеження, що накладаються на час життя електрона. Отже, розпад електрону поки що не загрожує…
Але це ще не все. Створена для такої суто фундаментальної дослідницької роботи низькофонова камера, виявляється, може успішно вирішувати і прикладні завдання. За її допомогою вдається дуже точно визначати гамма-активність різних матеріалів. Крім того, можна визначати кількість радіоактивних елементів типу урану та торію в досліджуваних породах. Наприклад, ця установка була з успіхом застосована у вивченні зразків місячного ґрунту, доставлених на Землю з Моря Криз. І так буває досить часто: кожен ретельно виконаний експеримент дає більше, ніж від нього очікували спочатку.
Автор: А. Андрєєв.