Рис. 9. Бета-распад. Взаимопревращение ядерных протонов и нейтронов. Наверху: протон, превращаясь в нейтрон, испускает позитрон и нейтрино. Внизу, нейтрон, превращаясь в протон, испускает электрон и антинейтрино.
идущих из мощного ускорителя, или поднять ее на большую высоту в поток космических лучей. В обоих случаях в эмульсии после проявления обнаруживаются «звезды» — пучки следов, исходящих из одной точки. В такой точке частица с очень большой энергией столкнулась с ядром одного из атомов эмульсии. Из места столкновения вылетело множество частиц, иногда вылетает несколько десятков.
Подробное исследование их следов показывает, что только немногие из этих частиц могут быть осколками разбитого атомного ядра. Большинство лучей «звезды» — это следы мезонов, частиц, которые мы наблюдаем только при столкновении частиц с высокой энергией. Они «живут» ничтожные доли секунды, а затем распадаются, претерпевая сложные превращения.
Когда частица космических лучей сталкивается в атмосфере с атомным ядром кислорода или другого газа, также происходит множественное рождение новых частиц. Рождающиеся частицы могут пройти в воздухе большой путь и, сталкиваясь с ядрами других атомов, размножаются в очень большом количестве. Получается широкий «ливень» быстрых заряженных частиц, и все они — «потомки» одной первичной частицы, передавшей им свою энергию. Подсчитав мощность ливня, можно определить энергию первичной частицы. Ученым удавалось наблюдать ливни, у которых энергия первичной частицы должна была быть в миллиарды раз больше, чем у частиц, получаемых в самых мощных ускорителях.
Расчеты показывают, что никакая частица не может набрать такую энергию в пределах нашей звездной системы — Галактики, и, видимо, такие частицы прилетают к нам из каких-то отдаленных миров — из Метагалактики.
Ученые долго спорили о природе света. Великий Ньютон считал, что свет — Поток быстрых частиц, а его современник Гюйгенс, что это распространение волн. Более двух столетий большинство ученых были уверены, что Ньютон ошибся. Была создана электромагнитная теория света, и она блестяще подтвердилась опытами. По этой теории свет — это колебательные изменения силы электрических и магнитных полей, распространяющиеся в пространстве подобно волне. Такая же природа и у радиоволн, они отличаются от света лишь тем, что их колебания происходят в миллиарды раз медленнее.
Но когда стали внимательно изучать взаимодействие света с веществом, оказалось, что световая энергия может испускаться или поглощаться только определенными порциями — квантами. Так родилась новая, квантовая физика. Сначала думали, что квант — это как бы «атом энергии». Но затем выяснилось, что это не атом энергии, а частица света. Создатель теории относительности великий Эйнштейн установил, что свет — сложное явление, что он одновременно и электромагнитные волны, и поток частиц (световых квантов, или, как их назвали, фотонов). Можно, не делая никакой ошибки, рассматривать свет просто как поток фотонов, но следует помнить, что эти световые частицы обладают волновыми свойствами.
В дальнейшем квантовая физика установила, что не только фотоны, но и все остальные частицы также обладают волновыми свойствами (рис. 10). Замечательные опыты с дифракцией электронов убедительно доказали, что поток электронов в определенных условиях ведет себя как волна. Из квантовой механики — основы современной теоретической физики — следует, что всякая частица обладает волновыми свойствами. Фотон в этом смысле вовсе не исключение.
267