Допустим теперь, что этот крошечный мезопротон тихонько, без разгона, «вонзится» в атом тяжелого водорода и приблизится к его ядру. Теория утверждает: когда произойдет такое сближение, мю-мезон может начать вращаться сразу вокруг обоих ядер — дейтона и протона. Между ними возникнут особые химические силы притяжения. Мю-мезон, будто веревочная петля, стянет ядра. В результате они приблизятся друг к другу так же тесно, как и при термоядерном процессе. И вскоре (в среднем через миллионную долю секунды) ядра найдут «лазейку» в оставшемся слое потенциального барьера, просочатся через него и сольются в одно более тяжелое ядро гелия-3. Тогда неизбежно должна выделиться энергия.
Как видим, никакой сверхвысокой температуры здесь уже не нужно. Ядра синтезируются тихо, мирно, без всякого «принуждения».
Примерно такая картина возможного поведения мю-мезонов в жидком водороде была нарисована смелой мыслью советских физиков-теоретиков. Против нее трудно было что-либо возразить. Но как ее проверить экспериментом?
В наши дни физики-экспериментаторы усиленно трудятся над изучением мезонов, ибо поведение таких частиц отражает тонкие особенности микромира. Мезоны создаются в ускорителях при бомбардировке частицами-снарядами» разнообразных мишеней, а потом направляются в регистрирующие приборы. Так удается исследовать взаимодействие мезонов с веществом, измерять их электрический заряд, массу, определять магнитные свойства, характер распада.
В 1956 году профессор Луис Альварец из Калифорнийского университета в США поставил большую серию экспериментов по изучению мезонов. В качестве регистрирующего прибора он использовал так называемую пузырьковую камеру. Там заряженные частицы пролетали в жидком водороде, оставляя за собой дорожки мельчайших пузырьков. Эти следы фотографировались, и снимки подвергались тщательному изучению.
Эксперимент Альвареца был сложный и тонкий. Для надежности исследователь сделал колоссальное число снимков — 75 тысяч.
Ученый не ставил своей целью исследовать мю-мезоны. В его задачу входило изучение других частиц. Но в ходе эксперимента внимание его сосредоточилось именно на мю-мезонах.
Дело в том, что из двух с половиной тысяч фотографий остановок мю-мезонов в веществе пузырьковой камеры 15 выглядели весьма странно.
Надо сказать, что мю-мезон живет очень недолго. Его век — всего две миллионные доли секунды. «Умирая», он распадается на электрон и два нейтрино, причем картина распада имеет на фотографии характерный вид: это «угол» или «сломанный» след. Объясняется угол так: электрон, возникший из распавшегося мю-мезона, оставляет за собой след, уходящий в сторону. Нейтроны же, улетающие в других направлениях, остаются незаметными, ибо они не имеют электрического заряда и поэтому не могут создать дорожки пузырьков в жидком водороде.
Итак, картина обычных остановок — мест, где распадается мю-мезон, — вполне ясна. Но на 15 снимках остановки мю-мезонов отнюдь не напоминали их распад. След внезапно пропадал неизвестно куда, чтобы потом через миллиметр вновь как бы вынырнуть «из ничего». Выходило, что мю-мезон, пролетая в веществе, терял скорость и останавливался, не распадаясь, а затем вновь начинал двигаться, непонятным образом обогатившись энергией. И только в конце второго или даже третьего отрезка следа мю-мезон действительно распадался.
Казалось бы, какая это мелочь! На одном снимке из ста пятидесяти след мю-мезона выглядел чуть-чуть иначе, чем можно было ожидать. Но для физика-экспериментатора нет мелочей.
Альварец и его сотрудники долго размышляли над необычным явлением. В конце концов они пришли к выводу, что случайно встретились с фактом, который подтверждает идею синтеза легких ядер при участии мю-мезонов.
В самом деле, если мы вспомним предсказание, Я. Б. Зельдовича и А. Д. Сахарова, то легко объясним странные следы в опыте Альвареца.
Вот отрицательный мю-мезон оказался в пузырьковой камере. Он встречается с атомом водорода и замещает там электрон. Возникший мезопротон движется некоторое время в жидкости. И так как мезопротон электрически нейтрален, никакого следа в камере он не дает. Становится понятным исчезновение следа. Затем, поблуждав в веществе, этот «ядерный гибрид» натыкается на атом дейтерия (малая примесь дейтерия всегда имеется в естественном водороде) и объединяется с ним. Далее происходит реакция־ синтеза ядер, причем выделившаяся энергия (5,4 миллиона электроновольт) передается мю-мезону. Получив этот толчок, мю-мезон обретает свободу. Он продолжает свой путь в веществе, отдавая ему энергию и опять оставляя за собой дорожку пузырьков. Снова появляется след. Он тянется до встречи мезона с новым атомом водорода или до момента распада.
Как видим, непонятное явление нашло исчерпывающее объяснение. Возможность синтеза легких ядер при низкой температуре была доказана. Теоретическое предвидение советских ученых блестяще подтвердилось.
