Мюон - элементарная частица с отрицательным зарядом, равным заряду электрона. Масса мюона примерно в двести раз больше массы электрона. Время жизни мюона - около двух микросекунд.
Мезоатом - атом, в котором электроны полностью или частично заменены на мюоны.
Мезовещество - вещество, полностью или частично состоящее из мезоатомов.
Мюонный катализ - процесс, использующий мюоны для облегчения слияния ядер в реакциях термоядерного синтеза.
Глава 1. ЗАЦЕПКА
I
Внедорожник мягко переваливался по кочкам лесной дороги. Вел машину Кондратьев. Саша, Ирина и Алексей устроились в салоне, а рядом с собой начальник посадил Джин Лонга - практиканта из Пекинского университета. Пользуясь случаем, Кондратьев учил его премудростям русского языка: "Джин, для пикника покупают продукты, понял? Не вещи, а продукты..." Тот энергично кивал. Зная упорство Кондратьева, Саша не сомневался - к концу практики на СИТКОМе (Сибирском термоядерном комплексе) Джин Лонг будет говорить на русском куда чище, чем сейчас.
Пикник и впрямь удался. После постоянных неудач всем нужна была разрядка. Майский день выдался на редкость чудесным - ясным, с теплым ветерком, с роскошными кучевыми облаками, плывущими над водохранилищем, с пением птиц и шелестом сосновых крон. О делах не говорили - ни в лесу, ни сейчас, на обратном пути. Ирина c Алексеем болтали о пустяках, а Саша, сидевший напротив, глядел в окно. После очередного поворота вдали показались градирни термоядерной станции - четыре огромные башни в форме гиперболоида. Сейчас, когда майский воздух прогрелся, пар над ними был почти незаметен, но и без этого поднимавшиеся из зеленого моря сооружения выглядели грандиозно. Впрочем, изюминкой СИТКОМа были отнюдь не градирни, а линейный ускоритель длиной два километра - крупнейшая в Евразии фабрика мюонов. Разумеется, на Западе ее прозвали атомной царь-пушкой - однако, в отличие от пушки, стоявшей в Кремле, она стреляла, да еще как! Поток мюонов из ускорителя исправно поступал в четыре реактора станции. Прежде, чем распасться, каждый мюон катализировал тысячи реакций синтеза, делая возможным положительный выход электроэнергии - правда, на самой грани. Ядерно-ускорительный комплекс балансировал на ней с момента запуска, и выйти на устойчивый режим никак не удавалось. Десятая часть мюонов, вырабатываемых пушкой, словно растворялась в воздухе. Ни по одному из каналов распада беглецов не удавалось обнаружить. Эти десять процентов давно стали притчей во языцех - если бы их удалось поймать, производство энергии с помощью управляемого термоядерного синтеза стало бы экономически оправданным.
Но поймать никак не могли. Группа Кондратьева занималась этим уже три месяца - без видимого результата.
Вдалеке показалась прогалина - сосны расступились, ненадолго открылась труба ускорителя. Саша прикрыл глаза, снова вызвав перед мысленным взором схемы распада мюона. Что же мы упускаем? Все возможные реакции давно просчитаны, даже самые малозначимые, с вероятностью меньше десять в минус двадцатой... Все проверено десятки раз, Алексей сам пересчитывал матричные элементы чуть ли не на матлабе, проверяя стандартные программы. Ошибки не было. Но просто так исчезнуть мюон тоже не может. Это противоречит... даже нет смысла перечислять все законы, которым это противоречит. Такое невозможно. Есть еще вариант, что распад идет за детектируемой областью, но, чтобы выйти за ее пределы, скорость мюона должна быть почти световой. Что может его так разогнать? Коллективное воздействие других частиц? И какова вероятность этого? Саша попытался прикинуть в уме хотя бы порядок величины, но показатель экспоненты оказался слишком громоздким, удержать в уме числа не удавалось...
- Эй!
Его тронули за колено, и он открыл глаза. Ирина улыбалась ему.
- Опять задумался?
Саша кивнул и развел руками - что поделаешь... Ирина была единственным человеком в группе, с которым Саша мог остаться наедине, не испытывая неловкости. С другими так не получалось. Джин Лонг вечно приставал с вопросами, энергично кивая в ответ, даже если было видно, что он ничего не понял из сказанного; любой разговор с Кондратьевым, особенно один на один, мог обернуться внеочередным заданием - дополнительным к тем, что у тебя уже есть; Алексей же считал Сашу недоучкой - хотя старался этого не выпячивать, - потому что тот не умел пользоваться программами для расчета сечений реакций.
Кстати, о сечениях, подумал Саша. Порядок вероятности можно прикинуть аналитически, но, если дело дойдет до сравнения величин, без помощи Алексея не обойтись. Он, конечно, опять будет нудеть - пора бы уж тебе самому научиться... Я в очередной раз пообещаю разобраться, как устроены входные файлы, и в очередной раз закопаюсь во всех этих форматах, ключевых словах, запускающих скриптах... Предложу ему соавторство в публикации, решил Саша. Только тему надо будет сузить, чтобы приняли.
Внедорожник затормозил - оказывается, они уже в городе. Вышли все, кроме Кондратьева. Саша вылез из салона последним.
- Александр, ты куда? - Кондратьев обернулся к нему. - Тебе же на Морской, давай подброшу.
- Да я пешком хотел... - робко возразил тот, не желая оставаться с начальником один на один.
- Тут пешком больше часа, а у тебя и рюкзак еще. Давай сюда, через пять минут дома будешь.
Саша, благодарно улыбнувшись, полез на переднее сиденье. Пока возился с ремнем, Кондратьев уже разогнался. В боковом зеркале Ирина, обернувшись, помахала им.
Пару минут ехали молча. Наконец, Кондратьев сказал:
- Завтра ученый совет. Назначили на одиннадцать.
- Завтра? - удивился Саша. - Почему не во вторник, как обычно?
- Комиссия из Москвы приедет. Будут решать, что делать.
- С кем? С нами?
Кондратьев хмыкнул.
- И с нами, и вообще - со всем комплексом. Мы должны давать энергию, в этом наша задача. Пока получается плохо. Надо что-то менять.
Значит, завтра решится наша судьба, подумал Саша. Почему так скоро? Хотя - почему скоро: три месяца прошло... И какие решения примет комиссия? Неужели СИТКОМ остановят? Не может быть! Столько сил и средств было вложено... Саша покосился на начальника, но тот замкнулся в себе, и по лицу нельзя было понять, что он думает.
Показался Морской проспект. Кондратьев свернул к тротуару и притормозил. С ремнем Саша справился, но как открыть дверь, не сообразил. Кондратьев помог.
- Спасибо, Сергей Николаевич, - сказал Саша, вылезая из машины.
- Ерунда, - откликнулся тот и добавил как бы между делом: - Александр, у меня к тебе просьба - не в службу, а в дружбу. Меня уже давно приглашают в лицей, выступить перед ребятами. Договорились на завтра, но сам видишь - ученый совет перенесли. Да и комиссия эта... Может, сходишь за меня?
- А что там делать? - пробормотал Саша, застигнутый врасплох. Вот оно - проехался с начальником!
- Расскажи детям о нашей работе, о комплексе в целом. Только без формул, попроще.
- Без формул я не могу...
Кондратьев хмыкнул.
- Я в тебя верю. И вообще, научный работник должен уметь объяснить пятилетнему ребенку, чем занимается. А тут все-таки старшеклассники, да еще лицеисты. Давай, тебе полезно будет. Заодно посмотришь на свою работу под новым углом...
Саша понял, что не отвертеться.
- ... лекция на один урок, завтра в десять, - продолжал Кондратьев, - заместитель по науке у них симпатичная женщина, ты ей понравишься. Договорились?
- Ладно, схожу, - ответил Саша.
- Благодарю!
Кондратьев, захлопнув дверь, выглянул в окошко.
- Возьми Ирину с собой, - сказал он напоследок и подмигнул: - она тебя подстрахует. Я скажу ей, все равно завтра с утра вы мне не нужны. После лицея жду обоих в лаборатории.
- Спасибо, - выдавил Саша.
II
Лучше всего думалось после заката. Свет Саша не включал, и кабинет отца медленно погружался в темноту. Полки с книгами поднимались на три метра, под потолок, и чтобы достать том с самого верха, требовалась стремянка. Отец любил размышлять, сидя в кресле, но Саше это не подходило: развитие мысли, идеи требовало физического движения. Пушкин, сочиняя стихи, тоже ходил по кабинету, в очередной раз вспомнил Саша. Правда или нет? Кажется, Ирина сказала об этом - может, пошутила.
Саша прошелся вдоль полок, глядя на корешки. Он был как спортсмен, готовящийся взять новую высоту. Или как воин, проверяющий доспехи перед битвой. Вытащил потрепанный зеленый том: "Методы квантовой теории поля в статистической физике", хит шестидесятых годов прошлого века. Пролистал. Почти на каждой странице - пометки отца. С сожалением вернул на место: книгу эту он знал отлично, но сейчас она ему не поможет. А что поможет? Взгляд пробежался по полкам. Еще никто в мире не работал с пучком мюонов такой плотности, как у нас, мелькнула мысль, даже французы с китайцами. На глаза попался толстый, добротно изданный том материалов конференции "Мюонный катализ: эксперимент и теория. Новосибирск, 2035". Как всегда, экспериментов много, а вот с их осмыслением - проблема. По алфавитному указателю Саша нашел доклад Франсуа Лорана о новом методе расчета времени жизни мюона в веществе. Самая интересная работа всей конференции - как ни странно, слабо связанная с ее темой.
Саша пробежался по выкладкам знаменитого француза, снова испытывая удовольствие от строя мысли, близкого его собственному. Да, изящная работа. Но зачем Лоран занялся ею? Время жизни мюона давно определено экспериментально и рассчитано теоретически, какой смысл возвращаться к этому? Ради того, чтобы продемонстрировать виртуозное владение аппаратом теоретической физики, доступное лишь немногим на планете? Вряд ли - не вяжется это с характером Лорана. Саша вспомнил случайную встречу с французом, за завтраком. В ресторане был укромный закоулок, мало посещаемый участниками конференции. Именно там Саша предпочитал завтракать - будучи интровертом, не любил разговоров за едой. И вот сюрприз - на третий день уголок оказался занят французом. Саша заметил его, подойдя совсем близко, сворачивать куда-то было неудобно. Лоран поднял на него недовольный взгляд, и, указав на стул напротив себя, резко сказал:
- Присоединяйтесь, Александр.
Саша поблагодарил, удивившись, что Лоран знает его имя.
- У вас неплохой доклад, - недовольным тоном продолжил француз, - но техника подкачала. Почему не используете вторичное квантование? Такое впечатление, что вас не учили.
- Почему же, учили, - возразил Саша, - но обычно этот метод для рассеяния мюона на веществе не применяют...
Лоран вытер рот салфеткой и бросил ее рядом с чашкой.
- Обычно не применяют... - передразнил он, - не применяют, потому что настоящих теоретиков сейчас - раз-два, и обчелся. Я вижу, у вас есть потенциал, вы небезнадежны. Да ешьте, ешьте, не стесняйтесь, - он показал на поднос, который Саша, ошеломленный неожиданным натиском, даже не разобрал. - Спроси здесь первого встречного - вот его, например, - он показал на профессора Чакраборти из университета Дели, устроившегося через два столика от них, и приветливо помахавшего им, заметив внимание к себе, - что такое вещество с точки зрения квантовой механики? Что он скажет?
- Что это система взаимодействующих ядер и электронов? - вопросительно пробормотал Саша.
- Именно! - Лоран отставил пустую чашку и налег на стол, придвинувшись ближе к Саше, словно собираясь поведать тайну. - Школярский подход, на вид простой, но совершенно непродуктивный! Вам нужно не основное состояние, а спектр возбуждения многочастичной функции, а именно под это вторичное квантование и заточено! Ясно вам?
Лоран откинулся на спинку стула и вздохнул. Возражения вертелись на языке, но Саша предпочел оставить их при себе.
- Спасибо, я подумаю, - сказал он.
Лоран кивнул. Закончив импровизированную лекцию, француз как будто потерял интерес к собеседнику. Взяв свой поднос, он удалился, а Саша, наконец, приступил к завтраку.
Нет, Лоран не просто так занялся расчетом времени жизни мюона, подумал Саша. Подойдя к окну, он посмотрел на небо, наливающееся темно-синим, с голубыми, пока еще слабо заметными искорками звезд. Время жизни мюона - чуть больше двух микросекунд - задает временной масштаб всех процессов катализа. Ничтожное время по человеческим меркам, а по атомным - вечность. За доли наносекунды мюон стягивает, словно удавкой, ядра дейтерия и трития, провоцируя синтез. Сделав дело, переходит к следующей паре - и так, пока не распадется. Если бы мюон жил в десять раз больше, проблема термоядерного синтеза давно была бы решена, мелькнула мысль. А если в десять раз меньше, у нас не было бы ни единого шанса на катализ. Повезло или нет?
Саша отбросил пустые мысли. Итак, десятая часть мюонов не участвует в синтезе, не желает создавать мезоионы и вообще девается неизвестно куда. В Кадараше, в международном термоядерном центре, та же проблема, и Лоран наверняка знает о ней. А вместо того, чтобы ее решать, он рассчитывает время жизни мюона. Зачем? Почему лучший французский теоретик в области ядерной физики занялся чисто академической задачей? Все же надо ему написать, решил Саша, выражу восхищение его методом, предложу развитие... может, он раскроет свой интерес, хотя бы косвенно.
Ладно, это на потом, писать Лорану прямо сейчас Саша не собирался. Раскрыв сборник трудов на статье француза и усевшись в кресло, Саша принялся внимательно читать ее. Как обычно у Лорана, основные вычисления он вынес в приложения, чтобы не загружать читателей, слабо знакомых с аппаратом теоретической ядерной физики. Но сейчас Сашу интересовали как раз способы расчета, изложенные в приложениях. Самое ценное в науке - это методы, вспомнил он. Кто это сказал? Похоже на Ландау... ладно, неважно, не сейчас... Некоторые переходы были понятны сразу, другие приходилось проверять, повторяя вычисления. Спустя два часа напряженной работы он откинулся на спинку кресла, решив ненадолго перерваться. Голова гудела, перед мысленным взором мелькали формулы. За окном стола глубокая ночь.
Саша глянул, сколько осталось проверить. Оказалось, заметно больше половины. Пока ему не удалось найти ни одной ошибки или даже опечатки - и это несмотря на удивительное разнообразие теоретического арсенала, используемого Лораном. Скорее так - избыточное разнообразие.
- Из пушки по воробьям, - пробормотал Саша, - зачем ты стреляешь из пушки по воробьям?
Или пушка эта нужна для чего-то другого? А вот еще - гамильтониан электрослабого взаимодействия записан в представлении вторичного квантования - того самого, о котором Лоран говорил тогда, в ресторане. Какой в этом смысл, если он вычисляет время жизни одного мюона? А гамильтониан-то любопытный, оригинальный, удостоенный отдельного приложения. Пробежавшись по выкладкам француза, Саша закрыл глаза и попытался мысленно воспроизвести основные этапы расчета - только так можно убедиться, что ты действительно понял чужой метод.
Воспроизвел. Все верно.
Стоп. Есть еще кое-что.
Ухватив мысль и прочно ее удерживая, Саша сдвинул со стола тома - лежавший с края упал, - взял из принтера чистый лист и принялся писать. Да, так и есть - гамильтониан Лорана, помимо тривиального решения для одного мюона, содержал еще одно, куда более сложное. Точнее, мог содержать. Пока оно не найдено, Саша не мог быть уверен в этом на сто процентов. Возбужденный догадкой, он вскочил с кресла и принялся ходить по кабинету. Если решение есть, оно описывает систему мюонов, причем их взаимодействие надо учитывать уже в нулевом порядке теории возмущений, иначе чушь получается... Его вдруг пронзила мысль: а что будет со временем жизни?
- Черт побери... - пробормотал он. Бросил взгляд на часы: половина третьего ночи, но сна не было ни в одном глазу. Что делать? Сам Лоран знает о возможности второго решения, или проглядел? Может, написать ему прямо сейчас? Или сначала проверить самому?
Саша подошел к окну и уперся лбом в прохладное стекло. Нет, не надо пороть горячку. Сколько раз было такое - блестящая идея, пришедшая в голову накануне, на следующий день обращалась в тыкву. Не будет ли и здесь так же? Нет, не должно! Саша выдернул из лотка еще один лист, и повторил расчеты. Нет, все сходится, возможность нетривиального решения по-прежнему оставалась. Вот только какое оно?
- Спокойно, парень, сейчас ты этого все равно не решишь, - сказал он себе. Вспомнил, как отец любил повторять, подмигивая - с хорошей идеей надо переспать, и тогда станет ясно, насколько она хороша.
Саша лег в постель и закинул руки за голову. Хотя бы прикинуть напоследок вид модельной волновой функции. Симметрию мы обеспечим через детерминант, как обычно. И да, вот важный вопрос - сколько мюонов включить в систему? Минимум два, но интуиция подсказывала: маловато для нетривиального решения. Пусть будет четыре, тогда решение будем искать для закрытых оболочек, уже легче. Интегралы, интегралы... неприятно кольнуло: без помощи Алексея не обойтись, придется его просить. Или плюнуть, и самому посчитать на матлабе?..
Саша закрыл глаза. Утомленный напряженной работой, он окунулся в забытье на грани между явью и сном. Ему представлялось, что он делает доклад на семинаре у Кондратьева - рассказывает о новом решении, найденном в гамильтониане Лорана. "Интеграл перекрытия чему у тебя равен?" - спросил Алексей. "Ну, это просто", - ответил Саша, но вдруг с ужасом обнаружил, что не может даже его написать: переменные интегрирования путались, а экспонента почему-то расходилась вместо того, чтобы стремиться к нулю. Тут он догадался, что это сон, и с облегчением вынырнул из него. Уже светало. Саша повернулся на другой бок, и крепко, без сновидений, заснул.