Bản dịch máy từ tiếng Nga. Chưa được người kiểm tra. Bản gốc →
57
NHÌN THẤY CÁI KHÔNG THỂ NHÌN THẤY
Con người quen với những thành tựu kỳ diệu nhất của khoa học và kỹ thuật nhanh đến không ngờ. Ngày nay có thể làm ai ngạc nhiên bằng câu chuyện về máy truyền hình, máy bay phản lực hay vệ tinh nhân tạo của Trái Đất không? Ngay cả xe tự hành trên Mặt Trăng — một sáng tạo đáng kinh ngạc của khoa học và kỹ thuật hiện đại — cũng đã chiếm một chỗ bình thường trong trí tưởng tượng của chúng ta, bên cạnh máy tính điện tử, nhà máy điện nguyên tử và cơ chế truyền các đặc tính di truyền từ thế hệ này sang thế hệ khác. Chúng ta bị nuông chiều bởi vô số khả năng mới tuyệt vời mà cuộc cách mạng khoa học-kỹ thuật hiện đại không ngừng đặt vào tay loài người. Hầu như không còn gì có thể làm chúng ta ngạc nhiên. Nhưng nói chung, điều đó không tốt. Vì không có ngạc nhiên thì không có hứng thú, và không có hứng thú thì không có mong muốn tìm hiểu điều gì đó thực sự, tự mình học tập, nghiên cứu.
Nhưng hãy trong một phút tỉnh lại khỏi sự «biết-tuốt» này và suy nghĩ về câu hỏi sau. Nguyên tử gồm các electron và hạt nhân nguyên tử. Hạt nhân nguyên tử được tạo thành từ proton và neutron. Kích thước của các hạt này là bao nhiêu? Bán kính của proton hay neutron vào cỡ cm. Vậy nên, nói một cách thô, mỗi hạt này chứa trong một thể tích vào cỡ cm. Dấu chấm đứng ở cuối câu trước có bán kính xấp xỉ một phần tư milimét. Một quả cầu có bán kính như vậy sẽ có thể tích vào cỡ cm. Do đó, trong nó có thể xếp được hạt cơ bản! Những hạt ấy phải nhỏ biết bao để có thể nằm với số lượng khổng lồ như vậy bên trong dấu chấm của chúng ta. Mắt thường hay kính hiển vi, kể cả với độ phóng đại mạnh nhất, cũng không thể thấy chúng. Nhưng tất cả các bạn đều đã thấy trong sách giáo khoa và sách phổ thông những bức ảnh rõ nét về vết tích của các hạt như vậy. Chúng được chụp nhờ buồng Wilson nổi tiếng. Hãy nhìn kỹ chúng, và một thế giới mới sẽ mở ra trước mắt các bạn. Chẳng hạn, đây là ảnh các vết do electron để lại. Có những vết dài, chúng đi xuyên qua buồng, hơi uốn cong trong từ trường xuyên qua nó. Những electron này có năng lượng lớn. Những vết khác — ngắn, cong mạnh — thuộc về các electron có dự trữ năng lượng nhỏ. Một số vết dường như phân nhánh ở cuối — đã xảy ra va chạm với nguyên tử, kết thúc bằng việc bật một electron ra khỏi vỏ của nó.
Các bạn còn nhớ người ta đã phát hiện Người vô hình, nhân vật chính trong cuốn tiểu thuyết cùng tên của Herbert Wells, như thế nào không? Những người truy đuổi nhìn thấy dấu chân trần, lần lượt hiện ra ngay trước mắt trên tuyết mới. Con người ấy vô hình, nhưng dấu vết của anh ta vẫn còn. Ở đây cũng vậy — các hạt là vô hình, nhưng dấu vết công việc phá hủy của chúng thì rõ ràng.
Nhìn ảnh một người mà ta không biết, về thực chất ta có thể biết rất ít điều về người ấy. Cùng lắm là xác định được giới tính và ước lượng gần đúng tuổi tác. Bức ảnh sẽ không cho ta biết người ấy sạch sẽ hay không, có yêu âm nhạc không, nghề nghiệp là gì, có con hay không, và nếu có thì đối xử với chúng như thế nào.
Một việc khác hẳn là các ảnh chụp vết của các hạt cơ bản trong buồng Wilson. Nghiên cứu chúng, chúng ta có thể xác định chính xác bản chất của các hạt, xác lập năng lượng, điện tích, đặc điểm tương tác của chúng với nhau; tương tác của các năng lượng khác, của proton hay electron, không thể không khâm phục sự hoàn hảo mà với nó mọi chi tiết của cuộc đời ngắn ngủi nhưng đầy những biến cố kịch tính của chúng được ghi nhận. Buồng Wilson đã trở thành một người trợ giúp không thể thiếu trong những nghiên cứu hết sức đa dạng. Thiết bị này, theo một nghĩa nào đó, là tòa án giám đốc thẩm tối cao mà
58
nhà thực nghiệm có thể hoàn toàn tin cậy. Không một con người nào, dù được phú cho tài năng tiên liệu khoa học sáng chói nhất, có thể dự đoán hết mọi khả năng của thiết bị này, vốn có sức mạnh hấp dẫn đến thế và những khả năng vô tận.
Năm 1970, Nhà xuất bản «Atomizdat» đã phát hành cuốn sách khoa học phổ thông thú vị của I. M. Bekkerman «Cái vô hình để lại dấu vết»*). Trong đó có kể tỉ mỉ về việc buồng Wilson đã được tạo ra như thế nào và những phát hiện đáng kinh ngạc nào đã được thực hiện nhờ buồng này. Ưu điểm không thể nghi ngờ của cuốn sách là I. M. Bekkerman giới thiệu với độc giả không chỉ các thiết bị và nghiên cứu, các ý tưởng khoa học và con đường thực hiện chúng. Cuốn sách cũng kể về các tác giả của những ý tưởng và thiết bị này, nhà vật lý Anh xuất sắc Charles Thomson Rees Wilson. Đọc sách, chúng ta biết được những chi tiết thú vị về cuộc đời ông, thấy rằng việc chế tạo buồng của ông đã đòi hỏi lao động và nỗ lực to lớn đến mức nào. Bây giờ mọi việc dường như hết sức đơn giản đối với chúng ta. «Sự ngưng tụ của hơi quá bão hòa trên các hạt tích điện!» — nhà vật lý hiện đại sẽ nói. Nhưng vào những ngày Wilson bắt đầu các nghiên cứu của mình, hầu như chưa ai có thể nói điều gì về cơ chế ngưng tụ của hơi, cũng như về bản chất của các hạt tích điện. Năm 1895, Wilson bắt đầu nghiên cứu các điều kiện hình thành sương mù, và chỉ đến năm 1911 «buồng mây» của ông mới ra đời.
Cuốn sách theo dõi tỉ mỉ số phận của buồng Wilson — các nhà vật lý Xô viết P. L. Kapitsa và D. V. Skobeltsyn đã đặt nó trong từ trường như thế nào (điều đó cho phép dễ dàng xác định dấu điện tích của hạt theo các đặc trưng của quỹ đạo chúng), nhà vật lý Nhật Shimizu và nhà vật lý Anh Blackett đã tự động hóa hoạt động của nó như thế nào, người ta đã khiến nó làm việc nhanh hơn đáng kể, nghiên cứu những tia chớp thu nhỏ — các phóng điện trong chất khí, v.v.
Sự xuất hiện của các hạt năng lượng cao, được tạo ra bởi các máy gia tốc hạt mang điện hiện đại, đã làm nảy sinh nhu cầu cải tạo căn bản buồng Wilson. Để không cho các hạt ra khỏi trường quan sát của buồng, cần phải tăng mạnh mật độ vật chất trên đường đi của các hạt. Các nhà khoa học chế tạo các buồng Wilson với áp suất cao của khí chứa trong đó. Nhưng ngay cả ở áp suất 200 atm, các hạt cũng chỉ đi qua trong buồng một phần nhỏ quãng đường của mình. Điều đó có nghĩa là nhiều sự kiện xảy ra với chúng đã ở bên ngoài buồng và không để lại dấu vết nào. Phải thay hơi quá bão hòa chứa trong các buồng Wilson thông thường bằng chất lỏng quá nhiệt, trong đó các hạt mang điện tạo thành trên đường đi của mình những bọt khí. Cũng như những giọt sương mù, các bọt này trong chất lỏng đang sôi hình thành xung quanh các hạt mang điện. Người đầu tiên chế tạo buồng «bọt» như vậy là nhà vật lý Mỹ Donald Glaser. Đôi khi nó được gọi là «phản buồng Wilson», vì trong buồng của Wilson, hơi quá bão hòa ngưng tụ thành các giọt chất lỏng, còn trong chất lỏng quá nhiệt của Glaser xuất hiện các bọt hơi.
Và một lần nữa, kể về sự ra đời của các bọt trong buồng, tác giả theo dõi tỉ mỉ quá trình suy nghĩ của Donald Glaser, từng bước với tính tất yếu lôgic dẫn người đọc tới mục đích cuối cùng.
Cuốn sách của I. M. Bekkerman nói về những nghiên cứu phức tạp hiện
đại trong lĩnh vực vật lý hạt cơ bản. Nhưng tác giả lựa chọn tư liệu một cách đáng kinh ngạc và trình bày khá dễ hiểu chính bản chất của vấn đề, điều chủ yếu trong những nghiên cứu mà ông xem xét.
Những sự kiện được mô tả trong sách tiến sát đến ngày hôm nay, đến những vấn đề mà các nhà vật lý dự định giải quyết trên máy gia tốc hạt mang điện mạnh nhất gần Moskva, gần thành phố Serpukhov, trong trung tâm khoa học trẻ Protvino. Ở đó đã lắp đặt buồng bọt hiđrô lỏng khổng lồ «Mirabel», do các nhà khoa học và chuyên gia Pháp chế tạo cho máy gia tốc của chúng ta. Đường kính buồng là 1,6 m, chiều dài 4,5 m. Trọng lượng của nó cùng các giá đỡ cần thiết vượt quá 200 tấn. Còn có nam châm nặng 1150 tấn, bên trong đặt buồng. Một khoảng cách khổng lồ ngăn cách «Mirabel» với buồng Wilson đầu tiên, vốn dễ dàng đặt gọn trong một chiếc va-li nhỏ! Vậy mà con đường này đã đi qua chỉ trong thời gian hơn nửa thế kỷ một chút.
Wilson mất năm 1959 vì căn bệnh nặng đầu tiên và duy nhất trong đời. Cho đến những ngày cuối cùng, ông vẫn làm việc bền bỉ, thể hiện sự quan tâm sâu sắc tới việc nghiên cứu những hiện tượng mới của tự nhiên chưa được khoa học biết đến.
“Trong tất cả các nhà khoa học lớn của thế kỷ chúng ta, có lẽ ông là người hiền hòa và điềm tĩnh nhất, thờ ơ nhất với danh dự và vinh quang. Niềm say mê vô hạn của ông đối với khoa học bắt nguồn từ tình yêu đặc biệt với thế giới tự nhiên, từ sự ngưỡng mộ trước vẻ đẹp của nó.” Nhà nghiên cứu xuất sắc về tia vũ trụ, nhà vật lý Anh Blackett, đã đánh giá như vậy về nhà vật lý Anh xuất sắc Charles Thomson Rees Wilson, người sáng tạo ra «buồng mây» nổi tiếng.
V. A. Leshkovtse