Простая сложная Вселенная - Кристоф Гальфар

То, что вы только что видели, является распадом атома на более мелкие и более стабильные атомы. Это было спонтанное деление атомного ядра, прямая противоположность его слиянию. Процесс радиоактивного распада. То, что и является радиоактивностью, слабое ядерное взаимодействие отвечает за нее с помощью переносчиков, W– и Z-бозонов.

Вольфганг Паули, все тот же Паули, который придумал принцип запрета, изучал такой атомный распад около ста лет назад. В отличие от вас он не знал о существовании полей, но, сравнивая то, что он наблюдал до и после радиоактивного распада, понял, что часть энергии исчезает. Таким образом, он предположил существование до сих пор неизвестной частицы, виновной в захвате энергии, частицы с крайне малой массой, не имеющей никакого электрического заряда, частицы настолько неуловимой, что после своего выброса она проходит через всю известную нам материю практически беспрепятственно.

В настоящее время известно, что эта новая частица существует. Вы только что видели ее. Из всех выбрасываемых частиц радиоактивного распада это единственная, которую вы не видели раньше. Она называется нейтрино.

Американский физик Фредерик Райнес и его коллеги экспериментально доказали его существование в 1956 году; почти сорок лет спустя, в 1995 году, Райнес получил за него Нобелевскую премию по химии. Однажды он выразился, что нейтрино – это мельчайшая частица реальности из когда-либо представленных себе человеческим существом. Сегодня мы знаем, что эти нейтрино (а их много) подчиняются только полю слабого ядерного взаимодействия и гравитации. Они полностью нечувствительны к электромагнитным полям и полям сильного взаимодействия.

С их точки зрения, атомы являются такими же, какими они показались вам на первый взгляд, – пустыми.

И это хорошо.

Почему?

Потому что если бы нейтрино взаимодействовали с атомами, то у нас были бы большие проблемы, так как они в большом количестве производятся внутри Солнца.

Точнее, в очень большом.

Около 60 миллиардов нейтрино врезаются в каждый квадратный сантиметр вашей кожи.

Каждую секунду.

И они даже не замечают вас. Никто.

Однако, как ни досадно это может прозвучать, для них не существует разницы между вами и, скажем, ничем. Они пролетают сквозь вас. А потом сквозь Землю.^[40] И продолжают свое путешествие по космосу, как будто ни вас, ни нашей планеты никогда не было и в помине.

Далее, всех нас учили, что радиоактивность опасна и что нужно по возможности избегать радиоактивных материалов, таких как плутоний, уран, радий или полоний, – и совершенно справедливо. Но так как для нейтрино нет разницы между вами и ничем, то бояться их не стоит.

Причина связана с другими частицами, выделяющимися в процессе радиоактивного распада, и, к счастью, вы уже знакомы с ними.

При распаде ядра атома оно расщепляется и может испускать нейтрино, кварковые тюрьмы, электроны и свет. Последняя троица опасна.

Самая крупная часть из трех, в свою очередь, состоит из связки четырех кварковых тюрем: двух нейтронов и двух протонов. Она называется альфа-частицей и соответствует лишенному электронов атому гелия. Поэтому, чтобы стать атомом, ядру необходимо «украсть» откуда-то два электрона, трюк, осуществить который он может несколькими способами. Он может нагло стащить парочку у соседнего атома, альтруистично поделиться с соседним атомом или добросердечно «усыновить» беспризорные электроны.

В первом случае лишенный электронов атом начинает искать себе другие электроны… Если поблизости оказались живые существа (вроде нас с вами на кухне), то с электронами, украденными из атомов кожи, может произойти странная химическая реакция, приводящая к так называемым радиоактивным ожогам. Вот почему альфа-частицы опасны.

Второй тип частиц, выделяющихся в процессе радиоактивного распада, – бета-частицы, испускаемые, к примеру, в процессе радиоактивного распада – сильно заряженные электроны, которые могут вытолкать другие электроны (что приведет к той же опасности). Последними в троице окажутся высокоэнергетические фотоны, гамма-лучи – мы встретили их в предыдущем космическом путешествии, отметив тогда их невероятно высокую энергетическую частоту.

Попадая на атом, гамма-луч может лишить его одного из электронов, превратив атом в ион, стремящийся найти другой электрон, снова создавая ожоги на нашей коже.

Но гамма-лучи также могут иметь и гораздо худшие последствия.

Ничто не обязывает их остановиться на поверхности нашего тела. Они могут проникать в него и вызывать локальный хаос глубоко внутри, не только выбрасывая электроны из атомных домов, но и разбивая молекулы вроде молекул ДНК, в самом сердце клеток, тем самым изменяя команды, используемые организмом для обеспечения жизнедеятельности наших тел. Обычным результатом становится рак и (или) генетические мутации.

Все эти потенциальные последствия страшны. Трудно было бы утверждать обратное. Но есть и светлая сторона: подобно гравитации, электромагнетизму и сильному взаимодействию, радиоактивность, даже будучи разрушительной силой, является естественным процессом, происходящим всегда и везде, даже в вашем теле, с очень медленной скоростью. Беспокоиться стоит, только если кто-то подвергается воздействию высокого уровня радиации.

На самом деле, мы должны быть благодарны, что радиоактивность вообще существует. Она может убить, да, но в первую очередь, без нее вы бы не появились на свет. На Земле, глубоко под вашими ногами, наша планета содержит множество непрестанно распадающихся атомов. Теперь там меньшее их количество, чем в прошлом, но все же мантия Земли радиоактивна. При распаде атомов испускаемые ими частицы врезаются в своих соседей, вырабатывая тепло, весьма способствующее обогреву планеты. Без радиоактивности не было бы сейсмической или вулканической активности. Поверхность Земли стала бы мертвой ледяной миллиарды лет назад. Жизнь в известной нам форме не существовала бы вообще.

Радиоактивность разрушает атомы. Радиоактивность убивает. Но она необходима, чтобы согреть наш мир, возвращая часть накопленной звездами энергии внутри атомов, создавших нашу родную планету.

И напоследок короткий комментарий, прежде чем позволить вам отправиться в путешествие к истокам происхождения пространства и времени: атомная энергия в целом, путем деления или слияния атомных ядер, вовлекает в процесс мощные энергии, и человечество пытается собрать их с большей или меньшей эффективностью с помощью ядерных установок. Мы можем только надеяться, что такие технологии в один прекрасный день станут экологически чистыми и безопасными, так как их потенциал поразителен.

Несмотря на довольно негативные отзывы прессы и не имеющее оправдания использование ядерной энергии в прошлом, мы никогда не должны забывать, что без нее наше существование было бы невозможным. Без радиоактивности жизнь на Земле прекратилась бы.