Текст книги "Воспоминания"

Автор книги: Андрей Сахаров

сообщить о нарушении

Текущая страница: 8 (всего у книги 62 страниц)

(Дополнение 1987 г. Недавно Я. Л. Альперт, один из старейших сотрудников ФИАНа, рассказал мне (со слов Леонтовича, а тот якобы слышал от Вавилова) следующую историю. Вавилову, возможно самим Сталиным или через кого-либо из его приближенных, было сообщено: есть две кандидатуры на пост Президента Академии – Вы, а если Вы не согласитесь – Лысенко. Вавилов просидел, обдумывая ответ, всю ночь (выкурив при этом несколько пачек папирос) и согласился, спасая Академию и советскую науку от неминуемого при избрании Лысенко ужасного разгрома. Дополнение 1989 г. По версии, сообщенной Е. Л. Фейнбергом, альтернативным кандидатом в президенты был А. Я. Вышинский. Пожалуй, это правдоподобней – и еще страшней!)

Вавилов был доброжелательным человеком, в личном общении – мягким и добрым. Он, в качестве депутата Верховного Совета СССР, очень много общался с избирателями, приезжавшими к нему с жалобами и просьбами. Что это было такое – я легко могу себе представить по своему личному опыту «Комитета прав человека» в 70-х годах. У него в столе лежали заготовленные заранее конверты с деньгами (из его президентской зарплаты), и он, не имея в большинстве случаев реальной возможности помочь несчастным людям иначе, давал многим эти деньги. Это стало известно, и ему пытались это запретить. Вавилов был, кроме ФИАНа, директором еще одного института, ко всем своим обязанностям относился чрезвычайно рьяно, самоотверженно (тут я могу сравнить его только с еще одним, в некоторых отношениях совсем другим, человеком – с Юлием Борисовичем Харитоном, научным руководителем учреждения, где я потом проработал много лет). К личным делам сотрудников Сергей Иванович относился всегда с большой заботливостью, он глубоко и искренне любил науку и был прекрасным ученым-оптиком, а также хорошим популяризатором. В качестве Президента ему приходилось много выступать с официальными речами. В одной из них он назвал Сталина «корифеем науки», этот пущенный им в ход эпитет стал почти что частью официального титула (видимо, понравился).

Судьба двух братьев – умирающего от голода при чистке нечистот в Саратовской тюрьме и осыпанного всеми почестями Президента – была парадоксом, крайностью даже в то время, но и было в этом что-то очень характерное.

Сергей Иванович, и раньше относившийся ко мне внимательно, хорошо запомнил мою жилищную проблему. Мне говорил потом Игорь Евгеньевич, что это сыграло некоторую роль в моей дальнейшей судьбе.

* * *

В 1945–1947 годах Игорь Евгеньевич разрабатывал выдвинутую им гипотезу о природе ядерных сил (сильных взаимодействий, в более современном словоупотреблении). Как теперь очевидно, это была преждевременная попытка, которая не могла быть удачной. Ведь даже пи-мезон, легчайший из мезонов, определяющий значительную часть ядерных взаимодействий при меньших энергиях, был открыт только к концу этого периода, и, естественно, его квантовые числа и изовекторная природа были неизвестны (я не разъясняю в этой книге некоторые термины – пусть читатель не-физик извинит меня, рассматривая их как некие туманные и прекрасные образы). А вся очень хитрая механика сильных взаимодействий до конца не выяснена до сих пор, хотя каждое последующее десятилетие приносило удивительные экспериментальные открытия и глубокие теоретические идеи.

В специальной гипотезе Игоря Евгеньевича предполагалось существование заряженного псевдоскалярного мезона и нейтрального скалярного. Он предложил Пете Кунину произвести релятивистские – очень трудные – расчеты ядерных взаимодействий двух нуклонов (это собирательное название для протона и нейтрона), а мне дал тему – рождение мезонов. Так как модель имела мало общего с действительностью, от наших работ почти ничего не осталось, у Пети – преодоленные им методические трудности. Что касается меня, то мой главный выигрыш был в том, что я освоил метод расчетов по нековариантной теории возмущений (по книге Гайтлера, именно тогда я с ней познакомился), тогда – до работ Фейнмана – это было вершиной науки, впоследствии мне эти навыки очень пригодились. В моей работе были некоторые моменты, сохранившие свое значение вне зависимости от конкретной формы модели И. Е. Тривиально, но важно – я вычислил (вероятно, далеко не первый) пороги рождения частиц в лабораторной системе отсчета (т. е. такой, в которой покоится нуклон мишени). Я также указал, что пороги сдвигаются в сторону меньших энергий, если учесть, что нуклоны связаны в ядре, и дал оценку сечений в этой расширенной области энергий налетающих частиц. Я рассмотрел процесс рождения частиц и рассеяния света в сильных полях. Это тогда не имело актуального практического значения, но представлялось поучительным теоретически. Теперь нелинейное рассеяние света наблюдают в лазерных пучках, это целая отрасль науки. Для меня тогда рассеяние света скорей имело иллюстративное значение. В работе приведен пример, когда теория особенно прозрачна – рассеяние на свободном электроне поляризованного по кругу света с удвоением частоты. Классически электрон движется по кругу, удвоенная частота соответствует квадрупольному излучению. (Удвоенная частота и другие «обертоны» возникают потому, что при конечном радиусе орбиты эффекты запаздывания делают сигнал не синусоидальным, это – теория так называемого синхротронного излучения.) На квантовом языке – электрон поглощает два фотона и испускает один. Я сделал работу за несколько месяцев в 1946 году, а в 1947 году она была опубликована в основном научном физическом журнале «Журнал экспериментальной и теоретической физики», сокращенно ЖЭТФ. Это была моя первая публикация³⁴⁾. Радость была испорчена тем, что я уже понимал, что теория И. Е. не верна. Редакция при публикации заменила название «Генерация мезонов» на неточное «Генерация жесткой компоненты космических лучей»; И. Е. объяснил мне замену так:

– Даже Лаврентий Павлович (Берия) знает, что такое мезоны.

Я не думаю, что реально имелось в виду вмешательство самого Берии, он тут в этой фразе в качестве крайнего примера, но вполне можно было опасаться реакции «бдительных» людей меньшего ранга, достаточно опасных и автору, и редактору. Незадолго до этого прошло шумное дело об имевшем якобы место рассекречивании информации о методах лечения рака (на самом деле в основе лежала абсолютная пустышка, но это выяснилось потом, а тогда Сталин был в гневе; в нормальном обществе вся эта история представляется абсурдной, но мы не были нормальным обществом)³⁵⁾. Тогда очень обострилась вся обстановка в издательском мире, а вскоре появились те ужасные правила публикации научных и технических статей, которые действуют до сих пор, пережив все смены руководства. Эти правила предусматривают на каждую статью сложную систему оформления – представление справок и многостраничных анкет, акта специальной постоянной комиссии учреждения, в котором работает автор (а если автор по тем или иным причинам не работает в научном учреждении, то он и вовсе не может опубликовать свою статью). В акте комиссии должно быть указано, что в статье нет секретных данных или запатентованных предложений, имеющих важное прикладное значение. Затем все эти документы отсылаются в так называемый Главлит (условное название для ведомства цензуры, работа которого окружена таинственностью – никто из простых смертных не должен знать его сотрудников). У Главлита свой – необъятный – список запретных тем – не только по соображениям секретности, а главным образом, по «политическим» (запрещается, например, публикация данных о преступности, алкоголизме, эпидемиях, состоянии здравоохранения и образования, водоснабжении, самоубийствах, запасе и производстве цветных металлов, реальных данных о питании населения и его доходах, о посещаемости кино и театров, демографических данных, о состоянии охраны среды, о стихийных бедствиях и катастрофах без специального разрешения для данного случая и т. д. и т. п.; Главлит должен также давать санкции на публикации художественных произведений и вообще всего, что публикуется в стране, вплоть до рекламы и этикеток спичечных коробков). Лишь после разрешения Главлита научная или техническая статья попадает в редакцию журнала.

Легко представить, насколько при этом замедляются все публикации, в том числе посвященные самым абстрактным темам, вроде теории чисел или астрофизики.

Диссертацией моя первая работа быть не могла. Я выбрал себе диссертационную тему сам, прочитав (при подготовке к лекциям по ядерной физике) про два не сопровождающихся гамма-излучением ядерных перехода в RaC/ (читается – радий це штрих, один из членов радиоактивного семейства) и в ядрах кислорода. Мне пришло в голову, что эти переходы соответствуют сферически-симметричным колебаниям ядер при равных нулю начальном и конечном угловых импульсах. Очевидно, что такие колебания не сопровождаются излучением – просто в силу симметрии. Я произвел соответствующие расчеты, Игорь Евгеньевич утвердил тему в качестве диссертационной, я написал диссертацию³⁶⁾, в ней, кроме основной темы, были некоторые побочные линии, «украшения» – новое правило отбора по зарядовой четности и учет взаимодействия электрона и позитрона при рождении пар (вероятность рождения пары возрастает при тех значениях импульсов, при которых относительная скорость электрона и позитрона очень мала). И тут выяснилось, что основная идея работы – не оригинальна, безызлучательные переходы уже рассмотрели задолго до меня японские физики Юкава и Саката. Я очень огорчился, но И. Е. решил, что все же тему можно не менять: сделанного, в особенности «украшений», достаточно для диссертации. И. Е. хотел, чтобы одним из оппонентов был Ландау, но он отказался, к счастью; я бы чувствовал себя очень неловко: ведь я понимал недостатки диссертации.

Оппонентами были два прекрасных физика – А. Б. Мигдал и И. Я. Померанчук, оба впоследствии академики. Я долго не мог поймать Мигдала, чтобы он написал отзыв, – он в то время купил машину и целыми днями занимался водительскими упражнениями на дорожках липановской территории. (ЛИПАН, т. е. «Лаборатория измерительных приборов АН», – условное название, заменившее «Лаборатория 2»; теперь – Институт атомной энергии им. И. В. Курчатова³⁷⁾.) Вообще он увлекающийся человек, но главной его страстью, азартом является наука, в которой он много сделал. В конце концов Мигдал написал мне самый положительный отзыв. Еще трудней было с Померанчуком. Приближался день защиты, а отзыва все не было. В это время я сам себе сильно подпортил. У меня оставался несданным аспирантский экзамен по философии (марксистской, конечно). Экзамены принимали на кафедре философии отдела Академии³⁸⁾ специальные экзаменаторы – общие для всех институтов. Я сдавал за неделю до уже назначенной защиты. Меня спросили, читал ли я какие-нибудь философские произведения Чернышевского – тогда уже начиналась мода на чисто русских ученых и философов, без западного душка. Я с излишней откровенностью ответил, что не читал, но знаю, о чем речь, – и получил «двойку». Через неделю я прочитал все требуемое и пересдал на «пятерку», но было поздно – защита была перенесена на осень, все уже разъезжались по отпускам. Для меня это была финансовая беда – жить на аспирантскую зарплату и карточки было трудно. Аспирантуру я и с этой задержкой закончил досрочно, но уже лишь за несколько месяцев до срока. Осенью мне удалось поймать Померанчука только в день защиты – в 7 часов утра я приехал к нему домой, он тут же в одних трусах сел за столик, стоявший рядом с большим письменным столом, заваленным бумагами, написал прекрасный отзыв, и через час я вручил его секретарю Ученого Совета. А еще через несколько часов Вавилов поздравил меня с присуждением кандидатской степени. Я был зачислен младшим научным сотрудником Теоретического отдела ФИАНа.

* * *

Летом 1947 года мы жили с Клавой и Таней в Пушкино, я часто ездил в ФИАН. Диссертация была готова, я думал о дальнейшей научной работе. Я расскажу о двух попытках; может, это будет кому-то интересно, а может, даже полезно читающим меня молодым научным работникам.

В связи с диссертацией я размышлял об альтернативных возможных объяснениях безызлучательных ядерных переходов (т. е. не о сферически-симметричных переходах с электромагнитным кулоновским взаимодействием ядра с электроном, как предположили Юкава и Саката и я, а о гипотетических неэлектромагнитных взаимодействиях). В этой связи я вспомнил, что в литературе обсуждалось наличие в оптическом спектре атома водорода некоей аномалии, противоречащей следующей из теории формуле. А именно были указания (не очень определенные в силу крайней малости эффекта, лежавшего на пределе точности оптических методов измерения уровней), что из двух уровней атома водорода, которые согласно теории должны точно совпадать, один лежит несколько выше другого.

Поразмыслив, я решил, что неэлектромагнитные эффекты в обоих случаях ни при чем – и для безызлучательных переходов, и для атома водорода.

Безызлучательные переходы, безусловно, объясняются тривиально – по Юкава и Саката; об этом, в частности, свидетельствует знак угловой корреляции импульсов электрона и позитрона. Но я уже «зацепился» за аномалию в атоме водорода и продолжал неотступно думать о ней. У меня возникла идея (я опишу ее чуть-чуть упрощенно), что это проявление того, что сейчас называется радиационными поправками, эффект взаимодействия электрона с квантово-механическими колебаниями электромагнитного поля, а точнее – разность этих эффектов для электрона, связанного в атоме, и свободного электрона.

Как известно, в квантовой механике не существует «покоя» в том смысле, как в классической, не квантовой теории. Любая механическая система, находящаяся в состоянии равновесия, как бы вибрирует около точки равновесия – это следствие так называемого принципа неопределенности Гейзенберга. Указанное свойство распространяется и на вакуум, рассматриваемый тоже как некая механическая система с бесконечным числом степеней свободы. Возникают нулевые колебания вакуума. В этой книге я расскажу потом об идеях, связывающих энергию нулевых колебаний с теорией гравитации. В 30–40-х годах наибольшее внимание привлекало взаимодействие нулевых колебаний электромагнитного поля в вакууме с электроном и другими заряженными частицами. Энергия этого взаимодействия оказывалась при вычислениях бесконечной! Более конкретно, бесконечный вклад во взаимодействие вносили колебания высоких частот, т. е. при искусственном ограничении взаимодействия какой-либо предельной частотой «обрезания» эффект вновь становился формально конечным.

Это была великая трудность теории, под знаком которой происходило все развитие физики квантовых полей на протяжении многих десятилетий. Я предположил, что надо рассматривать разность эффектов для связанного и свободного электрона. Так как эффект связи сказывается, как я правильно предполагал, лишь при не очень больших частотах нулевых колебаний, была надежда, что разностный эффект окажется конечным. Чтобы придать корректный смысл вычитанию двух бесконечных величин при вычислениях, сначала можно ограничиться взаимодействием с колебаниями с частотой меньше некоторой предельной частоты «обрезания», достаточно высокой, так что для нее уже мало существен эффект связи, а затем формально перейти к пределу бесконечной частоты «обрезания». Я, конечно, понимал, что значение этой идеи далеко выходит за рамки частной задачи об аномалии в атоме водорода и, в частности, должно распространяться на процессы рассеяния. Я был очень взволнован. Со всем этим я пришел к Игорю Евгеньевичу (летом или осенью 1947 года). К сожалению, он не поддержал и не одобрил меня, скорей – наоборот. Во-первых, он сказал, что эти идеи не совсем новые, в той или иной форме высказывались неоднократно. Это было действительно так, но само по себе не могло бы меня остановить – я уже был настолько увлечен и заинтересован, что меня не слишком заботили такие вещи, как приоритет, меня интересовало существо дела. Во-вторых, он сказал, что идея, по-видимому, «не проходит», конечного результата не получается. И. Е. сослался при этом на недавно опубликованную работу американского теоретика Данкова, который вычислил радиационные поправки к процессу рассеяния – методом, принципиально очень близким к тому, что я предполагал делать для разности уровней в атоме водорода. Я отыскал в библиотеке работу Данкова: действительно, у него не получилось при вычитании конечного результата (т. е. стремящегося к постоянной величине при стремлении к бесконечности энергии «обрезания»). Вычисления Данкова были очень сложными и запутанными – так как все это происходило еще до работ Фейнмана, придумавшего гораздо более компактный и обозримый общий метод вычислений («диаграммы» Фейнмана). Данков попросту ошибся, но, конечно, ни Игорь Евгеньевич, ни я не могли этого обнаружить с ходу конкретно. Если бы нам не отказала интуиция, мы должны были усомниться в работе Данкова столько раз, сколько было нужно, чтобы обнаружить ошибку, или, что еще разумней, временно игнорировать возникшее противоречие и искать более простые вычислительные задачи, результат которых можно было бы сравнить с опытом. Как известно, именно так действовали более проницательные и смелые люди, добившиеся успеха. Но не мы. Так я упустил возможность сделать самую главную работу того времени (и самую главную, с огромным разрывом, в своей жизни). Конечно, это было не случайно. Перефразируя известное изречение, каждый делает те работы, которых он достоин.

Что дальше произошло в этой области – тоже хорошо известно физикам. Лэмб и Резерфорд (а потом и другие) измерили разность уровней в атоме водорода радиоспектроскопическими методами. Они не только подтвердили сам факт различия уровней (в чем можно было сомневаться раньше – при оптических методах), но и измерили разность уровней с огромной точностью. На одной из научных конференций, состоявшихся в 1947 году (кажется, на Рочестерской), Х. Крамерс выступил с программой вычисления конечных радиационных поправок для наблюдаемых величин – с так называемой идеей перенормирования. Тогда же, или несколько позже, Ганс Бете сообщил о своем расчете разности уровней. По существу, исходные идеи обеих работ были очень близки к тем, которые я описал выше. Бете проводил свои расчеты нерелятивистским образом (что было сознательным переупрощением). Поэтому он получил не конечный результат, а логарифмически растущий при стремлении к бесконечности энергии «обрезания». Но, как любил говорить Ландау:

– Курица – не птица, логарифм – не бесконечность.

Результат Бете по существу означал прорыв в новую область, делал очень вероятным получение полностью конечного результата в этом и во всех других электродинамических явлениях. Остальное было делом техники (весьма трудной). Явились гиганты, которые одолели все эти трудности – Томонага, Швингер, Фейнман, Дайсон, Вик, Уорд и многие, многие другие. Первый последовательный расчет расщепления уровней (давший конечный результат в согласии с опытом Лэмба и Резерфорда) был произведен в работе Вейскопфа и Френча.

Я не могу удержаться от краткого рассказа о дальнейших событиях, в которых я никак не был участником.

В 1948 году Швингер нашел радиационную поправку к магнитному моменту электрона. Вскоре найденное значение поправки было подтверждено на опыте (как для электрона, так и для мю-мезона: возможно, первые данные для электрона были получены до работы Швингера, я точно не помню). Экспериментальные и теоретические значения затем неоднократно уточнялись. Сейчас достигнуто совпадение в 9-м или 10-м десятичном знаке. Ни в одной другой области науки нет такой точности совпадения теории и эксперимента, как в квантовой электродинамике. Интересно, что аналитические вычисления настолько громоздки, что их приходится делать на машине по специальной программе (поясню: аналитические вычисления – это преобразование формул, а не оперирование числами, что первоначально было единственной специальностью ЭВМ).

Но великолепное согласие расчетов с экспериментом еще не означало, что принципиально в теории все в порядке. В 1955 году независимо Фрадкин, Ландау и Померанчук нашли, что последовательное вычисление радиационных поправок приводит к чудовищному следствию – к полному исчезновению наблюдаемых электромагнитных взаимодействий (знаменитый «Московский нуль»).

В тот год я встретил Ландау на новогоднем банкете в Кремле. С очень озабоченным, даже удрученным видом он сказал:

– Мы все оказались в тупике, что делать – совершенно непонятно.

К этому же времени относятся слова Ландау:

– Лагранжиан – мертв. Его надо похоронить; конечно, со всеми полагающимися покойнику почестями.

Лагранжиан – квантовый аналог так называемой функции Лагранжа, основное понятие квантовой теории поля. Ландау, однако, ошибался, лагранжиан не был мертв. Многие годы трудность «Московского нуля» рассматривалась как указание на необходимость отказа в физике высоких энергий от квантовой теории поля, делались попытки найти другие пути построения теории элементарных частиц, оказавшиеся неэффективными. Лишь в 1974 году вновь появился проблеск надежды – было показано, что в так называемых неабелевых калибровочных теориях нет «Московского нуля» (хотя все еще необходимо манипулирование бесконечными величинами). А еще через несколько лет были найдены (среди т. н. суперсимметричных теорий, о них подробнее дальше) нетривиальные примеры (пока не реалистические, т. е. не описывающие реального мира), в которых вообще нет бесконечностей. Сейчас, когда я просматриваю рукопись в Москве, вернувшись из Горького, самые смелые надежды связаны с так называемыми «струнами» – протяженными объектами – ниточками и колечками невообразимо малых размеров. Героические усилия целой армии ученых – теоретиков и экспериментаторов – продолжаются!

Вспоминая то лето 1947 года, я чувствую, что я никогда – ни раньше, ни позже – не приближался так близко к большой науке, к ее переднему плану. Мне, конечно, немного досадно, что я лично оказался не на высоте (никакие объективные обстоятельства тут не существенны). Но с более широкой точки зрения я не могу не испытывать восторга перед поступательным движением науки – и если бы я сам не прикоснулся к ней, я не мог бы ощущать это с такой остротой!

Другая моя неудачная попытка в те же месяцы касалась, напротив, совсем мелкого вопроса. Я все же расскажу. Я задался вопросом, зависит ли возможность аннигиляции электронов и позитронов, образующих атомо-подобную систему – позитроний, от углового импульса (углового момента, или спина) позитрония. Я стал вычислять вероятности аннигиляции свободно сталкивающихся электронов и позитронов при параллельных и антипараллельных спинах (первый случай соответствовал бы спину позитрония 1 – в единицах постоянной Планка, а второй – 0). Но я ошибся в знаке складываемых членов. Я производил эти вычисления в вагоне электрички Пушкино – Москва и потом в шутку «утешал» себя, что вагон тряхнуло в тот момент, когда я писал знак минус, и получился знак плюс. Правильный результат получил Померанчук (тем же топорным методом, который пытался применить я). Позитроний со спином 1 (ортопозитроний) не аннигилирует на 2 гамма-кванта, а лишь на 3! Когда об этом результате узнал Ландау, он воспроизвел его гораздо более красивым и плодотворным методом, основанным на соображениях симметрии (т. е. почти без вычислений). Вывод Ландау распространялся на любую частицу со спином 1. Поэтому, когда вскоре был обнаружен распад пи-ноль-мезона на два гамма-кванта, это полностью исключало, что спин пи-мезона равен 1 (результат огромного значения). Можно сформулировать систему неравенств: L > P > S (L – Ландау, P – Померанчук, S – Сахаров).

Все описанные события происходили еще до защиты диссертации, летом и осенью 1947 года. После защиты передо мной встала задача выбора «солидной» тематики (я не знал, что вскоре эту задачу решат за меня). Я сделал попытку сделать что-либо в теории плазмы. Мне казалось, что кинетическое уравнение с логарифмическим обрезанием «по порядку величины» – некий монстр, хотелось придумать что-либо более изящное и более точное. Задача оказалась мне не под силу, но она, так же как следующая, о которой я сейчас расскажу, научно подготавливала меня к тем проблемам, с которыми мне пришлось столкнуться в спецтематике.

Весной или зимой 1948 года я прочитал в «Nature» работу Франка. Автор обсуждал исторические эксперименты Пауэлла, Латтэса и Окиалини, в которых был открыт пи-мезон. Экспериментаторы применили тогда новую методику облучения в космических лучах фотопластинок с толстым слоем фотоэмульсии и нашли интересные треки распада какой-то остановившейся в эмульсии частицы, более легкой, чем протон, причем при распаде образовывался, несомненно, мю-мезон. Пауэлл, Латтэс и Окиалини сделали вывод, что это более тяжелая частица, чем мю-мезон, – иначе она не могла бы распадаться с выделением довольно заметной энергии. Впоследствии частица получила название пи-мезон. Ввиду фундаментального характера вывода о существовании нового типа частиц было необходимо проанализировать все альтернативные возможности объяснения, среди них Франк разбирал и такую: первичная частица – обычный мю-мезон. Она захватывается ядром водорода, образуя подобие атома (теперь говорят – «мезоатом»). Затем мезоатом соединяется с еще одним ядром водорода, образуя «молекулярный мезоион». Если одно из ядер водорода является тяжелым изотопом (дейтоном, природное содержание 1/7000), то в «мезоионе» возможна ядерная реакция дейтона с протоном с образованием гелия-три и гамма-кванта. При этом избыток энергии сообщается мю-мезону, и он вылетает, образуя трек. Интересующая нас ядерная реакция происходит между двумя заряженными частицами – дейтоном и протоном. Обычно такие реакции происходят с заметной вероятностью только в том случае, если энергия сталкивающихся частиц достаточно велика, чтобы преодолеть электростатическое («кулоновское») отталкивание положительно заряженных ядер («одноименно заряженные тела отталкиваются» выучили мы из школьного курса, в памяти сразу встают разошедшиеся листочки электроскопа). Одна из возможностей – термоядерная реакция (вот и произнесено слово, столь существенное в судьбе автора этой книги). При этом ядерная реакция происходит при такой температуре, когда энергия теплового движения достаточна для преодоления отталкивания ядер. В случае изотопов водорода (H – протон, D – дейтон, T – тритон) это – температура порядка нескольких килоэлектронвольт (Кэв) и больше, для многозарядных ядер всех остальных элементов – «порог» во много раз выше (поэтому, в частности, в термоядерном оружии используются только термоядерные реакции между изотопами водорода). 1 Кэв – один килоэлектронвольт – принятая в астрофизике и в теории ядерного оружия единица температуры – соответствует примерно 10 млн. градусов Кельвина. Температура в центре солнца приблизительно 1,5 Кэв, т. е. пятнадцать миллионов градусов.

При лабораторных исследованиях ядерных реакций заряженных ядер одна из сталкивающихся частиц ускоряется электрическим полем, вторая помещается в так называемой мишени (твердой или газообразной). Это – вторая возможность осуществления ядерной реакции между заряженными ядрами. Франк указал третью возможность. Молекулярный мезоион, состоящий из протона, дейтона и отрицательно заряженного мю-мезона, по своему строению аналогичен обычному молекулярному иону (протон + дейтон + электрон). Отрицательно заряженный мю-мезон или электрон скрепляют воедино систему трех тел, притягивая положительно заряженные ядра. Но так как мю-мезон имеет массу в 209 раз больше массы электрона, то размеры мезоиона в такое же число раз меньше (это соотношение подобия можно получить, приравнивая по порядку величины энергию электростатического взаимодействия и энергию нулевых квантовых колебаний). Большая часть пути ядер, на котором им приходится преодолевать взаимное отталкивание, оказывается таким образом уже пройденной; остаток пути легко преодолевается благодаря явлению квантового подбарьерного перехода. Подбарьерный переход – один из самых важных качественных эффектов в квантовой физике – был теоретически открыт и изучен Робертом Оппенгеймером в конце 20-х годов; он, в частности, лежит в основе альфа-распада, многих явлений твердого тела, спонтанного деления ядер урана и т. д.

Идея Франка была необычайно остроумной. Но оценки, произведенные им, показывали, что так ни в коем случае нельзя объяснить результаты опытов Пауэлла, Латтэса и Окиалини. Первичная частица – не мю-мезон, а нечто новое – пи-мезон. Меня, однако, работа Франка заинтересовала совсем с другой стороны. В предложенном Франком механизме мю-мезон выступает в качестве катализатора ядерных реакций, облегчая их протекание и не расходуясь, в полной аналогии с известными из химии каталитическими реакциями. Я поставил перед собой вопрос, нельзя ли создать такие условия, при которых каждый мю-мезон (скажем, «сделанный» на ускорителе) вовлекал бы в ядерную реакцию большое число дейтонов. Попросту говоря, что будет, если в большой сосуд с дейтерием впустить пучок мю-мезонов? Я придумал название для этого предприятия – «Мю-мезонный катализ», произвел некоторые оценки – не очень обнадеживающие и далеко не исчерпывающие сложные явления, происходящие в системе, и написал отчет. Отчет был засекречен (первый засекреченный в моей жизни, кажется по инициативе Вавилова), но с работой было ознакомлено довольно большое количество людей в ФИАНе и за его пределами. Она вызвала большой интерес, но какие-либо практические выводы сделаны не были. Расскажу о дальнейшем развитии этой тематики (в котором я принимал лишь очень слабое участие). В 1956 году замечательный американский экспериментатор Алварез, используя пучок мю-мезонов от ускорителя, обнаружил на опыте предсказанную Франком реакцию. Алварез наблюдал эту реакцию в смесях, содержащих разные, довольно малые количества дейтерия. Оказалось однако, что образующийся сначала протонный мезоатом с неожиданно большой вероятностью реагирует с дейтерием, дейтон «переманивает» к себе мю-мезон, образуется мезоатом из дейтона и мю-мезона. Реакция «переманивания» идет с выделением энергии, так как энергия связи мю-мезона с тяжелым дейтоном несколько больше энергии связи с протоном. Я обсуждал этот эксперимент с Я. Б. Зельдовичем, у него было много ценных идей, я со своей стороны дал грубую оценку эффекта переманивания, в результате появилась наша совместная работа; в ней была также ссылка на мой рассекреченный к тому времени отчет³⁹⁾.