Предисловие в публикации: «Кентавры в моей жизни».
Одним из основных инструментов исследования в физике элементарных частиц являются ускорители заряженных частиц. Они позволяют проникнуть в самую глубь материи и изучить фундаментальные виды взаимодействий.
Конечно, это немного странный метод. Он подобен изучению устройства двигателя внутреннего сгорания сталкиванием автомобилей на огромной скорости и наблюдением за разлетающимися деталями.
Но, видимо, это единственный способ проникнуть на уровень микромира и попытаться разгадать его тайны.
Помимо всего, современный ускоритель – это очень дорогой инструмент.
Большой адронный коллайдер начали строить в 2001 году. Строительство заняло более 7 лет и обошлось в сумму более 6 млрд. евро. БАК позволяет проводить эксперименты на встречных протонных пучках с энергией около 10 ТэВ (1 ТэВ = 10¹² эВ).
Энергия сталкивающихся пучков является одним из ключевых параметров современных ускорителей. Повышение уровня энергии позволяет исследовать более редкие формы состояния материи.
Вместе с тем, природа предоставила человеку уникальный, бесплатный инструмент для исследований в виде космических лучей.
Космические лучи – потоки элементарных частиц, фотонов и ядер атомов с большими энергиями, перемещающиеся в космическом пространстве. Около 80% космических лучей составляют протоны, примерно 10% – альфа-частицы. Энергия космических лучей может достигать 10²⁰ эВ, что на много порядков превышает возможности самых мощных ускорителей.
Поэтому изучение результатов взаимодействия космических лучей с веществом земной атмосферы (широкие атмосферные ливни) может предоставить информацию, недоступную другим методам исследований.
В Советском Союзе большое развитие получило направление, занимающееся изучением широких атмосферных ливней с большой энергией. Эти исследования проводились в лабораториях на Памире и Тянь-Шане, где были созданы комплексные установки с уникальным оборудованием.
В ходе исследований определялась структура и состав космических ливней, их полная энергия, место возникновения ливня и другие параметры.
Несомненно, что космические лучи несут множество загадок, с одной из которых я столкнулся в студенческие годы.
В ходе учебного процесса студентам поручалось подготовить доклад на какую-либо актуальную тему из предложенного списка. Я недолго раздумывал, когда на глаза попалась тема о необычных космических ливнях, называемых «Кентавры».
Дело в том, что каждый космический ливень в атмосфере имеет определенный вид, зависящий от типа исходного взаимодействия. Выделяют адронные и лептонные ливни. Первые имеют большую ширину, но быстро затухают с пройденным расстоянием. Вторые более узкие и затухают медленнее. Но встречаются редкие события, когда ливни сочетают в себе признаки обоих видов. Они получили название «Кентавры». Эти ливни начинают появляться при энергиях более 100-1000 ТэВ.
Вот что говорил об этих ливнях Сергей Иванович Никольский (1923–2002) – выдающийся советский физик, один из основоположников исследований космических лучей в СССР.
«...в некоторых случаях наблюдается структура ливня, напоминающая кентавра: плотная “голова” в центре и длинный, слабо выраженный “хвост”, распространяющийся на десятки метров. Такие события мы назвали “кентаврами” –по аналогии с мифологическим существом, сочетающим человеческую и животную формы.»
Никольский С.И., Зарубин В.Н. «О двойных космических ливнях» // ЖЭТФ, 1964, т. 46, вып. 3, с. 1087–1092.
«“Кентавры” – это не ошибка, не шум, а физическое явление. Это когда два космических луча (или один, распавшийся на два осколка) попадают в атмосферу почти одновременно и на близком расстоянии. Их ливни не сливаются –они сохраняют свою индивидуальность: один как бы “сидит” на другом, как всадник на коне.»
Никольский С.И. «Космические лучи и атмосферные ливни» – М.: Наука, 1971, с. 185.
«Если вы видите ливень, где плотность частиц падает не плавно, а резко –и потом снова поднимается на расстоянии 50-100 м – это не метеорит, не сбой, не шум. Это кентавр. Это значит: в атмосфере произошло что-то, что породило два источника почти одновременно. Что это? Мы пока не знаем. Но это – новая физика.»
Из лекции в МГУ (1978 г., запись аудиоархива ИКИ).
Ученые до сих пор не ответили на вопрос – что же представляют собой «Кентавры»? О какой новой физике свидетельствуют необычные свойства атмосферных космических ливней при сверхвысоких энергиях?
Безусловно, информация об этих экзотических космических ливнях отложилась в памяти. Но я не придавал этому особого значения. Дело в том, что эти «Кентавры» были для меня настолько же загадочны, как и многие другие необычные явления. Я даже не предполагал, что много лет спустя мне придется вновь обратиться к этой увлекательной теме, которую я буду рассматривать в следующих публикациях.