100 великих событий ХХ века - Николай Непомнящий

Принцип магнитной записи звука известен уже довольно давно. Еще в 1898 г. датчанин Вальдемар Паульсен создал аппарат, который мог записывать звук на стальной струне от фортепиано. Правда, магнитофон Паульсена не приобрел широкого распространения: считалось, что граммофонные пластинки – вне конкуренции.

В 1906 г. был запатентован способ подмагничивания звукозаписывающей головки постоянным током. На этом принципе был основан первый диктофон, выпущенный в Германии. Снизить уровень шумов позволило подмагничивание переменным током, запатентованное в 1921 г.

В 1932 г. технология получения магнитной ленты была существенно модернизирована. В качестве основы взяли ацетилцеллюлозу, а в качестве рабочего слоя применили порошок карбонильного железа. Так возник прототип современной технологии производства магнитных лент.

Телеграфон Паульсена

В этом же году немецкий инженер Эдвард Шюллер сконструировал тороидальную магнитную головку с малым (порядка 0,1 мм) воздушным зазором, что позволило снизить скорость протягивания магнитной ленты и уплотнить запись.

Опираясь на эти изобретения, фирма AEG создала первый магнитофон, соответствующий современному представлению об этом устройстве. Публичная демонстрация прошла в 1935 г. на Берлинской радиовыставке.

Только в 1937 г. началось широкое внедрение первых магнитофонов в практику немецкого радиовещания. Кстати, вскоре прибором заинтересовались военные, увидев в нем серьезное подспорье для служб шифровки, радиоперехвата и записи прослушиваемых телефонных разговоров.

Между прочим, до Второй мировой войны в США не замечали серьезных успехов Германии в развитии магнитной записи и спохватились только во время войны.

Первые отечественные магнитофоны для профессиональной записи МАГ-1 (с подмагничиванием постоянным током) и МАГ-2 (с высокочастотным подмагничиванием) были созданы в конце войны, в 1945 г. Конечно, и до изобретения магнитной записи можно было записывать спектакли по трансляции. Существовал способ записи сразу на пластинки, но скорость записи в то время составляла 78 об./мин., что позволяло осуществлять непрерывную запись на одну сторону пластинки в течение не более 4 мин., поэтому необходимо было ставить сразу несколько аппаратов, и по окончании записи на одном из них моментально включать другой аппарат. Очевидно, что в случае брака одной из сторон пластинки, что тогда случалось нередко, вся запись шла в брак.

Поэтому обычно применялся другой способ – оптический. Запись производилась на кинопленку, подобно тому, как тогда записывался звук в кино.

С магнитофонами связана целая эпоха в звуко– и видеозаписи, однако их век уже подходит к концу.

1932

Открытие нейтрино

К числу наиболее ярких и вместе с тем трудных страниц в истории физики в XX веке принадлежит открытие нейтрино: необычным путем вошла в науку эта новая частица, удивительными оказались ее свойства, и не исключено, что именно с ней связаны самые глубокие тайны природы.

Открытие нейтрино было связано с уверенностью исследователей в справедливости фундаментальных законов физики – законов сохранения. В самом начале XX века при изучении бета-распада радиоактивных ядер физики, как скрупулезные бухгалтеры, старались свести баланс энергии. Но он никак не сходился: часть энергии исчезала неведомо куда. Таким образом, под угрозой оказался один из фундаментальных законов физики – закон сохранения энергии.

Спас положение швейцарский физик Вольфганг Паули, в 1930 г. высказавший предположение, что при бета-распаде вместе с электроном рождается какая-то частица-невидимка, которая и уносит недостающую часть энергии. Незамеченной эта частица остается потому, что не имеет массы покоя и электрического заряда и не способна отрывать электроны от атома или расщеплять ядра, иными словами, не может производить те эффекты, по которым обычно судят о появлении частицы. К тому же она очень слабо взаимодействует с веществом, а потому может пройти через большую толщу вещества, не обнаруживая себя.

Швейцарский физик Вольфганг Паули

В те годы, когда ученым были известны только электрон, протон и фотон, для подобного предположения была нужна большая научная смелость. После открытия в 1932‑м тяжелой нейтральной частицы – нейтрона – итальянский физик Энрико Ферми предложил называть частицу, охарактеризованную Паули, «нейтрино» («нейтрончик»). Как выяснилось позднее, гипотеза о существовании нейтрино «спасла» не только закон сохранения энергии, но и законы сохранения импульса и момента количества движения. А сама гипотеза Паули естественным образом вошла в теорию бета-распада, созданную Ферми в 1934 г.

Прежде чем стать равноправным членом семьи элементарных частиц, нейтрино еще долгое время оставались чисто гипотетическими частицами. Совершенно необходимые для объяснения многих легко наблюдаемых превращений, они на протяжении более чем 20 лет были неуловимыми.

Наблюдение реакций, связанных с нейтрино, стало возможным только после создания ядерных реакторов. Физики-ядерщики многих стран пытались экспериментально подтвердить существование теоретически «вычисленной» частицы. Ведь для окончательного доказательства существования нейтрино нужно было увидеть его непосредственное воздействие на вещество. Но получилось так, что первыми удалось обнаружить антинейтрино, которые в результате бета-распада осколков деления урана при работе атомного реактора испускаются в громадном количестве. Такой опыт был осуществлен в 1953 г. американскими учеными Рейнесом и Коуэном на реакторе в Хэнфорде. Им удалось обнаружить характерную цепочку событий, вызванных антинейтрино.

К 2000 г. было теоретически обосновано и экспериментально подтверждено существование трех типов нейтрино: электронного, мюонного и тау-нейтрино. Однако это отнюдь не означает завершения исследований в области изучения физики этих частиц. Ученым не терпится узнать, обладает ли нейтрино массой, поскольку результат этих исследований может серьезно поколебать стройную структуру стандартной модели материи. Обнаружение массы нейтрино крайне важно и для астрофизики – это помогло бы разрешить парадокс «скрытой массы» и прояснить судьбу Вселенной (будет ли она расширяться вечно или в конце концов начнет вновь сжиматься).

Обнаружение космических источников нейтрино может пролить свет на физику экзотических астрономических объектов, таких как экстремально мощные активные ядра галактик, непрозрачных для легконаблюдаемых фотонов. Одна из интереснейших и труднейших задач для физиков и астрономов – «поймать» нейтрино внеземного происхождения, и прежде всего измерить поток нейтрино от Солнца, что позволит подтвердить теоретические гипотезы о механизмах реакций, обеспечивающих его светимость. Солнце производит только электронные нейтрино, но они значительно различаются по своим энергиям. Согласно Стандартной солнечной модели, солнечная светимость поддерживается главным образом за счет энергии, которая освобождается в результате цепочки реакций, приводящей к образованию гелия из четырех протонов (водородный цикл). Но иногда происходит побочная реакция превращения бериллия в бор, и в этом случае образуются нейтрино с более высокой энергией.

Для нейтрино солнечного вещества как будто и не существует: они улетают с места возникновения по прямолинейной траектории, нигде и ничем не отклоняясь, многие из них достигают поверхности Земли, свободно пронзая земной шар. К счастью, существуют изотопы, с помощью которых можно устроить для нейтрино хоть и небольшое, но заметное препятствие. Наиболее известным из них является хлор-37. В тех редких случаях, когда нейтрино сталкивается с ядром атома хлора, это ядро испускает электрон и возникает атомное ядро радиоактивного аргона, которое распадается через 35 дней. Используя эту реакцию, можно построить детектор для солнечных нейтрино, который, чтобы компенсировать редкость таких столкновений, должен иметь большие размеры и находиться глубоко под землей для защиты от фонового излучения.

Первый эксперимент по обнаружению солнечных нейтрино с использованием этого метода был начат Р. Дэвисом в 1967 г. в золотой шахте в Хоумстейке (Южная Дакота, США). В контейнере каждый день в среднем один атом хлора должен превращаться в атом аргона под действием нейтрино. Если бы этот детектор обнаружил количество нейтрино, близкое к предсказанному теорией, то это стало бы подтверждением того факта, что Солнце нагревается за счет ядерных реакций превращения водорода в гелий.

К сожалению, эксперименты, проводившиеся в течение нескольких лет, показали, что одна такая реакция происходит в среднем раз в три дня. Из этого следовал вывод, что Солнце производит только треть ожидаемых нейтрино с высокими энергиями. В 1988 г. за дело взялись японские ученые на своем подземном детекторе Kamiokande-II, который расположен на глубине 1000 м. Их эксперимент принципиально отличался от эксперимента Дэвиса. Японцы использовали рассеяние солнечных нейтрино на атомах обычной воды. В результате столкновения нейтрино с каким-либо атомом, входящим в состав воды, ядро атома отскакивало, а электрон из атомной оболочки вылетал с огромной (сверхсветовой для данной среды) скоростью, создавая в воде свечение темно-голубого цвета, называемое излучением Черенкова.