Спогади вигнанця, фізика, громадянина світу - Жорж Шарпак

Предметом роботи я обрав двофазовий лічильник, який довелося сконструювати разом з Франсісом Сюзором, старшим за мене на три роки. Проте ще раніше, працюючи з пропорційним лічильником, що містив лише один дуже чутливий електрод, ми зробили значне відкриття, за що навіть опинилися на першій сторінці газети Le Figaro!

Тоді ми гадали, буцім нам поталанило довести, що в радіоактивному β-промінні видимий електрон був наслідком попереднього розпаду іншої частинки. Її існування вважалося дуже коротким, а взаємодія між атомами всередині неї дуже відрізнялася від взаємодії всередині електрона. Жоліо-Кюрі не знайшов заперечень проти нашого тлумачення дослідів і представив їх в Академії наук. Зізнаюся — маючи менше 30 років, я з величезною насолодою відчув, що зробив значний прорив.

На жаль, підґрунтя у цього відчуття було надто хитким. Ми порівнювали розсіювання електронів (β-промені), випромінених чистим радіоактивним джерелом, поставленим на тоненьку платівку, з розсіюванням електронів, вирваних з атомного пучка, випроміненого джерелом, яке розпадалося таким чином, що заряд ядра не впливав на процес. Ми переконливо довели, що β-промені, що випромінюються з ядра, є не електронами, а рештками дуже швидкого передання іншого проміжного випромінювання ядра. Джерелами слугували розчини у воді радіоактивних тіл, що не містили речовини у твердій фазі.

Такого висновку ми дійшли, спостерігаючи за зворотною дифузією β-променів у тонких алюмінієвих платівках з поставленими на них джерелами. Спостерігалася чітка різниця між потужністю розсіяного випромінювання за наявності β-випромінювачів і потужністю за наявності випромінювачів чистих електронів, емітованих внаслідок різних процесів із джерел або з атомного пучка.

Джерела β-променів не містили помітної кількості речовини, джерела ж електронів, які, здавалося б, також не повинні її мати, таки її містили. Звичайно, небагато, проте достатньо, аби, коли ми висушили краплину, речовина утворила кристали по її краях. А це значно перевищувало середній рівень кількості речовини, за якого відбувається випромінення електронів. Знадобилося шість місяців, аби знайти похибку.

За цей випадок нам ніхто не дорікав, проте голова відділу однієї великої лабораторії заявив, що після цієї публікації ні за що не візьме мене на роботу! Я видрукував статтю про спосіб підготовки джерел без утворення кристалічних гало. Пишу про це, бо наша пригода свідчить: науковець має право на помилку. Один знаний біолог якось сказав мені, що поряд із п’ятнадцятьма публікаціями в серйозному журналі Nature він має три таких, яких волів би взагалі ніколи не писати.

У ті часи я захоплювався фізикою високих енергій, що постала з дослідження рідкісних ядерних реакцій, що відбувалися на великих висотах і спостерігалися за допомоги повітряних куль, устаткованих фотоплатівками достатньої товщини.

Мені спала на думку ідея детектора, яка, цілком може бути, стала моїм найуспішнішим винаходом. Задум ґрунтувався на переданні світла, отриманого завдяки створенню лавини електронів, вивільнених у газі короткими електричними імпульсами, зумовленими пробігом швидкої частинки; імпульси напругою сотні тисяч вольт тривали лише кілька мільярдних часток секунди. Я намагався застосувати до задуму різні методи, і для цього вирушив до Гамбурга, де зустрівся з професором Ретером — всесвітньо визнаним авторитетом у царині електричних розрядів у газах27. Деякі з його методів візуалізації лавин електронів роз’яснювали шлях до досягнення моєї мети.

Не маючи достатніх знань, я проводив примітивні досліди, однак мені поталанило побачити, як електричні розряди спалахують на траєкторіях частинок[2]. Вивчення даних підказало, як довести задум до пуття. Я замовив модулятор радара, який використовували для пристосування коротких імпульсів до високого тиску в лампах, що використовуються в радарах.

Я спробував отримати візу, щоби потрапити до лабораторії в радянському місті Дубна28, адже подейкували, що росіяни опанували технології, необхідні для втілення мого задуму. Проте я її так і не отримав, хоча іншим дослідникам із нашої лабораторії, які працювали над іншими проектами, радянське посольство охоче давало візи. Можливо, підсилювач світіння, який вони використовували, мав і військове застосування, тож вони не бажали розголошувати свою розробку.

Статті ніхто не помітив, згадали про неї лише по трьох роках в одному американському журналі, що спеціалізувався на анотаціях статей з усього світу. А вона містила всі дані, необхідні для побудови іскрових камер і камер неперервних розрядів, створених згодом японцями, американцями і грузинами, які стали першопрохідцями в цій царині. Втім, у моїй подальшій долі науковця цей детектор зіграв визначальну роль. Я представив його у Венеції на конференції з питань високих енергій. На той час фізиків просто причарувала бульбашкова камера — революційний детектор, винайдений Дональдом Артуром Ґлейзером, нобелівським лауреатом 1960 р. Впродовж чверті століття бульбашкові камери пануватимуть у фізиці частинок. Причина? Їхня точність, а також багатюща інформація та фундаментальні відкриття, які стали доступними фізикам завдяки їм. Деякі з цих камер — велетенські, заповнені рідким воднем — коштували близько ста мільйонів доларів. Знадобилися двадцять п’ять років, значний поступ в електроніці та мої дослідження пропорційних камер, аби за кілька років бульбашкові камери застаріли і повністю зникли.

Після представлення мого детектора-недоноска один з американських фізиків — Леон Ледерман — запросив мене на розмову і запитав, чи не хотів би я вирушити до Європейського центру ядерних досліджень. ЦЕРН щойно відкрили в Женеві, і там почалося зведення гігантських прискорювачів. Завдяки цьому Європа могла позмагатися з Америкою та СРСР. Ледерман збирався провести там академічну відпустку і намагався зібрати європейську команду, щоби взятися за вирішення базової проблеми: точного вимірювання магнетичного моменту мюона. Так назвали таємничу частинку вагою у двісті разів більшою за електрон; казали, що це хіба що важкий електрон без жодних ознак якихось незвичайних взаємодій.

Я радо погодився. Модулятор радара, що мав створювати короткі електричні імпульси, потрапив до ЦЕРНу і, замість досліджувати властивості іскор у траєкторіях частинок, використовувався, аби розгойдувати мікроскопічний магніт, прикріплений до поляризованих мюонів.

Ледерман був мого віку, але вже встиг прославитися, довівши — разом з Річардом Л. Ґарвіним і одним студентом, — що мюони, утворені внаслідок дезінтеграції піонів, були поляризовані. А це порушувало священний принцип фізики — збереження еквівалентності: дзеркальне відображення певного фізичного стану мусить являти дозволений фізичний стан. Їхні висновки відкрили шлях тисячам дослідів, що вивчали властивості мюонів, зафіксованих у різних матеріалах.

Рік по тому до Ледермана приєднався Річард Л. Ґарвін, вправність і енциклопедичні знання якого здавалися мені просто-таки диявольськими. Отак повні три роки я з великою користю для себе здійснював різні вимірювання у першому прискорювачі ЦЕРНа, увійшовши до складу невеличкої міжнародної команди, всі члени якої були вельми обдарованими науковцями[3].

Коли, з визначенням магнітного моменту з точністю до однієї стотисячної, ми довели, що мюон таки справді тотожний важкому електрону, було вирішено