Купание в жидком водороде

Проверка теоремы Померанчука с помощью ка-ноль-мезонов (цель эксперимента) не гениальное открытие, а, как сказал руководитель группы И. Савин, "совершенно прозрачная вещь. Больше пятнадцати лет назад, как только была понята природа этих частиц, стало ясно, как с их помощью можно проверить основы теории. Но предполагаемый эксперимент был столь сложен, что лишь современный уровень развития экспериментальной техники сделал эту идею практически выполнимой".

Установка для проверки этой фундаментальной теоремы создана в Серпухове. Более десяти секунд понадобилось бы даже мастеру спорта, чтобы добежать от места рождения тяжелых нейтральных частиц в вакуумной камере ускорителя до конца всего экспериментального комплекса, растянувшегося почти на 100 метров в длину. Мы же давайте пройдем это расстояние спокойно, не торопясь, останавливаясь у самых главных узлов установки.

На первых пятидесяти метрах с нейтральными каонами ничего особенного не случается. Они проскакивают через несколько отклоняющих электромагнитов и магнитных линз, убирающих посторонние частицы, и ныряют в коллиматоры, формирующие их в пучок.

Мезонный канал, вдоль которого мы проходим дальше, "бережно" доводит максимально возможное количество частиц до мишени из жидкого водорода. Что происходит с долгоживущими ка-ноль-мезонами после купания в жидком водороде?

Относительно частиц с малой энергией было известно, что они обязаны превратиться в короткоживущие ка-ноль-мезоны. А теперь предстояло узнать, как поведут себя те же долгоживущие ка-ноль-мезоны, но уже с огромной энергией вламывающиеся в мишень. Если справедлива теорема Померанчука и частицы и античастицы, из которых состоят ка-ноль-мезоны, при больших энергиях практически одинаково взаимодействуют с протонами мишени, то короткоживущих мезонов должно появиться значительно меньше.

Физики предъявили массу требований к состоянию водорода в мишени. Он должен был иметь и постоянную температуру, и постоянную плотность, но самое главное - ни в коем случае не кипеть! Пузырьки, пронизывающие всю толщу мишени, - страшный враг, потому что исподволь меняют ее толщину, а учесть это изменение пока что невозможно. Не так-то просто удовлетворить всем этим требованиям даже в том случае, если объем жидководородной мишени невелик. Но в этом опыте для увеличения вероятности столкновения каонов с протонами необходимо было работать с мишенью длиною в три метра!

Трехметровую трубу из нержавеющей стали, наполненную жидким водородом, поместили в другую, диаметром около полуметра, и для предотвращения кипения откачали воздух из зазора между ними.

Но тогда возникла новая трудность. По условиям опыта нельзя чинить дополнительных препятствий ка- мезонам перед входом и выходом из мишени. А эти препятствия были в виде плотных торцевых стенок. Окна мишени пришлось закрыть лавсановыми пленками толщиной 120 микрон, Но тоненькая пленка прогибалась под давлением жидкого водорода в сторону вакуума. А допустить этого никак было нельзя - ведь из мезонного канала выходил пучок частиц, диаметр которого достигал нескольких сантиметров. Значит, для разных частиц длина водородной мишени была бы неодинаковой, а результаты эксперимента - неоднозначными.

Решение, как всегда, пришло неожиданно и оказалось совсем простым. Окна мишени сделали из двух слоев лавсана. Во внутренней пленке прокололи маленькую дырочку так, чтобы давление по обе стороны этого окна выравнивалось, а жидкий водород в просвет между окнами не проникал. Оригинальная конструкция окон и специально созданный для этой мишени стабилизатор давления позволили продолжительное время поддерживать количество водорода на пути частиц постоянным с точностью до 0,05 процента.