Письмо А.И. Алиханова И.В. Сталину с запиской об исследовании космических лучей
31 января 1946 г.2 Сов. секретно
Глубокоуважаемый Иосиф Виссарионович!
Лаврентий Павлович Берия сообщил мне, что Вас интересуют вопросы о том:
1) какую роль играет в современной физике исследование космических лучей;
2) что в этой области науки сделано было нами;
3) в каких направлениях следует развить эти работы и, наконец,
4) какими мероприятиями можно этой работе помочь.
На первые три вопроса ответы заключены в прилагаемой записке; что касается ответа на последний, он дан в отдельном приложении.
Ответ на последний вопрос является неполным, так как содержит в себе, главным образом, только те мероприятия, которые мы в состоянии освоить в этом году.
А. Алиханов
Приложение № 1 Записка А. И. Алиханова
Сов. секретно
Почти все самые важные сведения о строении ядра атома и его свойствах стали нам известны из опытов, в которых в атомное ядро удается попасть частицей, имеющей большую энергию. В последнее время большая энергия придавалась бомбардирующим частицам при помощи специальных ускоряющих установок, например, циклотронов. В этих приборах протоны (ядра водорода), дейтоны (ядра тяжелого водорода) и другие частицы ускоряются до энергии в несколько миллионов вольт и даже в десятки миллионов вольт.
Однако опыты с частицами таких энергий дают возможность установить только самые грубые закономерности, и с их помощью не удается разрешить самый важный вопрос — вопрос о природе и законах сил, связывающих отдельные частицы в прочную систему, — атомное ядро. Для решения этого вопроса необходимо бомбардировать ядра частицами очень больших энергий.
Огромный интерес, проявляемый физиками к проблеме космических лучей, связан с тем, что в потоке космических лучей мы встречаемся с частицами огромных энергий, измеряемых миллиардами и сотнями миллиардов вольт.
Столкновения космических частиц (мезотронов, протонов, электронов и т.д.) с ядрами атомов вещества позволяют изучить свойства элементарных частиц материи и в частности протонов и нейтронов, из которых построены ядра.
Поэтому в современной физике исследование космических лучей занимает одно из центральных мест.
Благодаря большим энергиям космические частицы не только легко расщепляют ядра, но, проходя через вещество, вызывают такие явления, которые не наблюдались в обычных ядерных реакциях.
Так, например, наблюдается появление пучков частиц, связанных, по-видимому, с взрывом всего ядра на составные части.
Всякий раз, когда нужны быстрые частицы, физики обращаются к космическим лучам, т.к. пока что в лабораторных условиях такие энергии еще не достигнуты.
К сожалению, поток космических частиц очень редкий. Квадратный сантиметр поверхности пронизывает в каждую минуту в среднем одна частица. Очень малая интенсивность потока лучей заставляет применять чрезвычайно чувствительные и тонкие приборы.
Изучение космических лучей чаще всего проводится на больших высотах, где их больше, т.к. не все космические частицы доходят до земной поверхности из-за поглощения в воздухе.
Некоторые космические лучи отличаются очень большой проникающей способностью. Часть из них проходит в самые глубокие шахты, метро и небольшая часть доходит даже до глубин в 1000 метров под землей.
Одним из основных, но пока совсем нерешенных вопросов является само возникновение космических лучей. Совершенно непонятно до сих пор, в результате каких процессов возникают частицы столь огромных энергий.
На вопрос о том, ожидают ли физики прямых практических результатов от этих исследований, следовало бы, скорее всего, ответить отрицательно. Последние события, однако, заставляют быть осторожным.
Поскольку атомное ядро и его энергия приобрели большое практическое значение, то даже в худшем случае исследования, дающие возможность понять структуру ядра и изучить силы, действующие в ядре, не могут не сказаться на практике.
Наша лаборатория параллельно с другими лабораториями занимается космическими лучами около 8 лет.
Главной задачей наших исследований являлось определение состава космических лучей.
К 1940 г. была установившаяся точка зрения, что космические излучения на уровне моря и на высотах до 4 000 метров состоят из двух видов частиц — мезотронов и электронов. Эта точка зрения, высказанная французским физиком П. Оже, была общепринятой.
С 1942 г. и все последующие годы до 194 г. А.И. Алиханов, А.И. Алиханян с сотрудниками, изучая состав космических лучей на горе Алагез (3 200 метров над уровнем моря), пришли к выводу, что наряду с двумя ранее установленными компонентами (мезотронами и электронами) существует третья компонента космических лучей.
С нашей точки зрения, третья компонента играет фундаментальное значение в проблеме космических лучей. Однако наше предположение о существовании третьей компоненты оспаривается группой физиков Физического института Академии наук им. Лебедева.
Второй задачей наших исследований было изучение т.н. космических ливней.
В 1943 г. А.И. Алиханян открыл новое явление, заключающееся в появлении узких пучков частиц. Это явление представляет большой интерес и пока не нашло объяснения. Узкие «ливни» находят подтверждение в работах иностранных и наших физиков.
Все наши исследования проводились на горе Алагез на высоте 3 250 м, на высоте 960 м (г. Ереван) и на уровне моря.
Исследование космических лучей приходится проводить на различных высотах, а также под землей или водой (в шахтах, озерах и т.п.) и на разных географических широтах.
В тех случаях, когда исследование касается высот до 4 000-5 ООО тысяч метров, работа ведется в горах. У нас экспедиции по космическим лучам проводились на горах Алагез, Эльбрус и на Памире.
Для систематического и фундаментального изучения космических лучей в указанном диапазоне высот необходимо организовать высотные постоянные станции по исследованию космических лучей.
Первая такая станция в СССР была организована и открыта Алиханяном и Кочаряном на горе Алагез в 1945 г. Нам кажется необходимым усовершенствовать эту станцию и снабдить ее дополнительным оборудованием, с тем чтобы исследование велось до 4 ООО метров над уровнем моря. Нужно также организовать постоянные станции на Эльбрусе и на Памире.
Для исследования на больших высотах, до 8-9 километров, необходимо использовать привязные аэростаты. Большие высоты можно освоить с помощью самолетов и субстратостатов и стратостатов.
Необходимо дать возможность физикам пользоваться широко самолетами с высоким потолком и другими средствами воздухоплавания.
Для высот 20-30 км, т.е. границы атмосферы, где космические лучи входят в атмосферу, необходимо развить работы с шарами-зондами.
Самые большие высоты, до 50-100 км, можно достичь ракетами, и этот способ также нужно развивать в направлении исследования космических лучей.
Весьма важно проводить экспедиции на различных широтах, так чтобы исследования проводились параллельно на северных широтах и на экваторе, т.к. космические лучи не одинаково доходят до экваториальных и полярных зон.
Для исследования состава космических лучей применяют магнитные поля, создаваемые обычно электромагнитами. Однако применение электромагнитов возможно только в тех местах, где есть электроэнергия, и поэтому в горных условиях более реально применение постоянных магнитов. Первый большой постоянный магнит впервые на большой высоте был установлен Алихановым и Алиханяном на горе Алагез.
Однако для успеха работы следует установить магнит значительно более мощный.
Наконец, для опытов с самими проникающими космическими лучами следует иметь подземную лабораторию. До войны такая лаборатория была организована Алихановым с Алиханяном в Москве в метро «Кировская».
Таковы условия работы по исследованию космических лучей и результаты нашей работы в этом направлении.
В настоящее время видна возможность осуществить в лаборатории искусственным путем потоки частиц с энергией в сотни миллионов вольт, причем потоки много более интенсивные, чем поток космических лучей. Реально еще никто в мире этого не достиг, но, несомненно, в ближайшее время это будет достигнуто.
Установки такого рода приобретают характер грандиозных, очень дорогих сооружений, как, например, циклотрон-гигант, построенный проф. Лоуренсом в Америке, и так называемый бетатрон, построенный Керстом также в Америке. Мероприятия в этом направлении представляют собою предмет отдельного рассмотрения.
Очень существенным для успешного развития этой области науки — науки о частицах сверхбольших энергий — является живой непосредственный контакт с учеными за границей.
Это особенно важно для нас потому, что над этими вопросами у нас работает очень небольшая группа физиков, не могущая, конечно, охватить эту область науки во всей ее глубине и ширине.
Оставаясь замкнутой в себе, она подвергается опасности, не замечая того, уйти в детали и оказаться позади других стран, в особенности Америки, где необычайно интенсивно разрабатывается эта область науки.
Предлагаемые в приложении конкретные мероприятия для развития работ по космическим лучам относятся, главным образом, к непосредственным нуждам сегодняшнего дня и поэтому желательно общее Ваше указание и на будущее.
А. Алиханов
Приложение № 2
Перечень необходимых на ближайшее время мер помощи развитию работ Лаборатории № 3 по космическим лучам
Секретно
Для развития исследований космических лучей, которые ведутся на Высотной станции Академии наук Армянской ССР (на горе Алагез) и Физическим институтом Академии наук Армянской ССР (в г. Ереване), Лаборатория № 3 нуждается в следующей помощи:
1. В срочном изготовлении предприятиями Наркомцветмета и Наркомэлектропрома двух магнитов (весом в одну тонну и весом в десять тонн) из нового сплава «Магнико», имеющего крупные преимущества перед обычными электромагнитами, а также сухих элементов облегченного типа и каломелевых элементов.
2. В выделении из ресурсов войск связи необходимого количества американских радиоламп и радиоаппаратуры и срочной закупке и доставке самолетом из Армении этой же аппаратуры.
3. В постройке в первом полугодии 1946 года гудронированной автомобильной дороги к южной вершине горы Алагез протяжением 30 километров и расчистке временной автомобильной трассы. В постройке на горе Алагез на высоте 2 350 метров над уровнем моря 2-этаж- ного каменного дома для лаборатории (полезной площадью 200 м2), трех разборных деревянных домов для жилья и постройке для высокогорной станции линии передач на 200 кВт.
4. В выделении из ресурсов НКО для высокогорной экспедиции, Высотной станции и Физического института Академии наук Армянской ССР 6-10 грузовых автомашин «студебекер» и «додж-3/4» с запасными частями к ним; трех легковых автомашин М-11 с запасными частями к ним; походного горного снаряжения и необходимого количества продуктов питания, горючих, смазочных материалов и т.п.
5. В выделении в г. Ереване помещения площадью 400 м2, пригодного для лаборатории Физического института Академии наук Армянской ССР; постройке для этой лаборатории здания площадью 800 м2, предоставлении четырех квартир для работников Высотной станции и Физического института Академии наук Армянской ССР в г. Ереване и четырех квартир в г. Москве; постройке для Высотной станции и г. Еревана гаража на 8 автомашин.
6. В расширении на 10-20 единиц штата Физического института Академии наук Армянской ССР для Высотной станции и повышении оплаты труда работников Высотной станции.
7. В обеспечении с помощью НКО подъема аппаратуры Лаборатории № 3 по исследованию космических лучей с помощью привязных аэростатов и организации полетов стратостатов с этой же целью.
Проект Постановления по осуществлению перечисленных мер помощи в настоящее время разрабатывается Специальным комитетом и будет представлен на Ваше утверждение.
А. Алиханов
Резолюция И.В. Сталина, размашисто, по тексту письма: Согласен (подчеркнуто). Подпись.