Аннотация: Второе место на конкурсе ХИЖ "Полвека тому вперед", 2017. Журнальный вариант по ссылке http://www.hij.ru/read/issues/2018/march/11398/
А вы его поцарапайте...
Вечный экспонат
Знакомство с Сибирским ядерно-мюонным комплексом, сокращенно СИЯМ, начинается с музея "вечных вещей". Это необычный музей: его экспонаты можно трогать, щупать, сжимать, даже бить -- главное, потом поставить на место. Я беру мраморный шарик размером с биллиардный, с узором желто-коричневых прожилок. Поверхность шарика словно покрыта полупрозрачной пленкой, как экран только что купленного гаджета. Хочется ее снять.
-- А вы его поцарапайте, если сможете - он ваш, -- смеется Ирина, консультант музея. Узнав, что я пишу репортаж о комплексе, она предлагает взять шарик на память и добавляет: -- Когда пирамиды станут грудой песка, он все еще будет таким же гладким.
Шарик на ощупь скользкий, а на вес тяжелее, чем кажется. У меня много таких сувениров, но я не отказываюсь, потому что для меня это чудо так и не стало обыкновенным. Инструменты со сроком службы в сто тысяч лет -- так и пишут в гарантийных талонах! Список применений огромен - от неубиваемых экранов мобильников до вечных подшипников. Все это можно увидеть, потрогать, купить, причем сегодня гораздо дешевле, чем год назад. И попытаться сломать. Правда, ничего не выйдет: детали, покрытые мезовеществом, уничтожит, разве что, ядерный взрыв. Так утверждают их создатели. Надеюсь, проверять это не придется.
Крошка-атом
Территория СИЯМа огромна. Вместе с Алексеем Скворцовым, младшим научным сотрудником комплекса, мы направляемся к ускорителю -- именно там рождаются частицы, из которых делают чудо-вещество. По дороге Алексей проводит ликбез для чайников.
--Вещество состоит из атомов, -- рассказывает он. -- В центре каждого массивное ядро, вокруг которого вращаются электроны. Их можно заменить другими частицами -- мюонами, имеющими тот же заряд, но в двести раз массивнее. Такие атомы называют мезоатомами, а вещество из них -- мезовеществом. Оно гораздо плотнее обычного, его температура плавления достигает сотен тысяч, а иногда и миллионов градусов. Оно инертно даже в самой агрессивной среде...
-- Почему?
-- Ну, если на пальцах -- мюон ближе к ядру, значит положительный и отрицательный заряды ближе, чем в обычном атоме. Энергия взаимодействия обратно пропорциональна расстоянию - значит, ее величина растет, как и энергия химической связи в веществе, которое образуют эти необычные атомы... Поэтому мезовещество и прочнее обычного...
Алексей увлекается собственным рассказом. Сами мезоатомы известны еще с середины прошлого века, но долгое время считалось, что создать вещество из них невозможно, так как время жизни мюона всего лишь две миллионные доли секунды. Все изменилось в тридцатых годах, с развитием технологии гибридных реакторов; в них поток мюонов катализирует термоядерные реакции. Их продукт -- нейтроны, поглощая которые, ядро распространенного и слаборадиоактивного урана-238 превращалось в ядро плутония -- топливо для АЭС. В 2030 году Франсуа Лоран, работавший на АЭС в Авуане, обнаружил в излучении реакторной зоны слабые пики, затухающие спустя секунду после прекращения инжекции мюонов в реактор. Но каково было удивление ученого, когда выяснилось, что такие же пики дает мезоводород! Секундное затухание означало, что время жизни мезоатома в миллионы раз превышало время жизни свободного мюона. После первой, весьма скептической реакции научной общественности на публикацию Лорана последовала недолгая пауза, а потом... у-у-у! Кандидатура на Нобелевскую премию 2032 года стала очевидной.
Оказалось, мезоатомы стабилизируются при объединении в кластеры. Вероятность их образования при низкой плотности потока мюонов мала, поэтому раньше эффект стабилизации не наблюдали. Но с ростом числа источников мюонов его обнаружение стало лишь вопросом времени. Учитывая уровень развития атомной энергетики во Франции, успех Лорана закономерен, признает Алексей.
Итак, нано- (или, скорее, пико-) размерный кластер из нескольких мезоатомов стабилен несколько секунд. Именно они и были источником излучения, обнаруженного Лораном. Расчеты показали, что мезоатомы перестанут распадаться, когда их число в кластере превысит несколько сотен. Началась новая гонка -- кто быстрее построит источник мюонов, дающий высокую плотность потока.
-- ...И наш -- один из первых, -- с гордостью говорит ученый. -- Запущен в две тысячи тридцать седьмом, наработку мезовещества начал в сороковом... Документы приготовьте, сами понимаете, объект режимный.
Кузница
Ускорительный комплекс -- это фабрика мюонов. У нее две задачи: получение мезопокрытий и выработка плутония для топлива АЭС. Формирование кластеров мезоатомов -- статистический процесс, и значительная часть мюонов, катализирующих синтез гелия, распадается через положенные две микросекунды. Поток нейтронов, возникающий при синтезе гелия, поглощается урановой оболочкой. Из-за этого массовая доля плутония в ней постоянно растет.
-- С увеличением плотности потока увеличивается и доля мюонов, образующих мезовещество, -- объясняет Алексей, -- так как растет вероятность формирования кластеров мезоатомов. Если плотность уменьшить, основным процессом становится термоядерный катализ. Так что -- или топливо, или мезопокрытие. Сидим на двух стульях, -- усмехается Алексей, -- и следим за конъюнктурой.
Цех, в котором изготавливаются мезоизделия, полностью автоматизирован -- из-за высокого уровня радиации доступ туда человеку закрыт. Формирование изделий происходит в камерах, помещенных у каналов, через которые из главного контура ускорителя выводится поток мюонов. Весь процесс контролируется дистанционно.
-- Масса мюона в двести раз больше массы электрона, а длина химической связи в двести раз меньше -- как и расстояние между мезоатомами. Следовательно, плотность мезовещества в миллионы -- двести возвести в куб -- раз выше обычного, -- рассказывает Алексей. -- Так что ваш сувенир, если его целиком сделать из мезовещества, весил бы минимум сто тонн! -- улыбается он. -- Поэтому мезовещество осаждают тонким слоем на матрицу из обычного вещества. Слои чередуют, следовательно, получается слоеный пирог -- свой у каждого изделия...
-- И что сейчас в этих пирогах?
На экране снуют автоматические тележки, загружающие в камеры матрицы из обычного вещества и вынимающие готовые изделия. Они останутся такими же, даже когда карта Земли изменится до неузнаваемости. Может, человечество к тому времени уже исчезнет. Это как найти ружье, изготовленное разумным динозавром.
-- Износостойкие детали, сверхпрочные покрытия, броня... в общем, -- смеется он над моей задумчивостью, -- если в двух словах, то так: все, к чему вы так и не смогли привыкнуть!
Поле чудес
Наша экскурсия подходит к концу. На прощание Алексей дарит мне "Таблицу мезоэлементов Д.И.Менделеева", похожую на ту, что знакома каждому со школы. Вот только белых пятен в ней много.
-- Мезобор почему-то никак не дается, -- сетует Алексей. -- Вроде простой элемент должен быть, а вот поди ж ты...
А что же с мезобиологией? Алексей поначалу отмахивается, но потом начинает размышлять: да, и "кирпичики жизни" уже получены, и теоретических ограничений на синтез органических мезомолекул нет. Вот в Кембридже уже нацелились на мезопептид...
-- Знаете, что это напоминает? -- оживляется он. -- Сказку про Буратино, когда тот попадает на поле чудес. Мне кажется, эта таблица -- такое же поле. Только чудеса здесь действительно случаются, без обмана...
Думаю, долго их ждать не придется. В СИЯМе к чудесам привыкли.