Охотники за частицами
Шрифт:
Порядок выше — группа многочисленнее. Группа шестого порядка включает уже 35 мезонов и 56 барионов. Ряд предсказываемых ею частиц еще не открыт, но за ними сейчас ведется энергичная охота. Возрастание порядка группы — это, если можно так выразиться, больший порядок в мыслях и представлениях физиков о мире сверхмалых частиц.
Изотопический и «обычный» спины, унитарная симметрия — и в итоге почти что сотня частиц. Из какого же семени разросся этот многоцветный букет частиц? Есть ли среди них основные, фундаментальные частицы, частицы-производители, родившие все остальные
Примерно десять лет назад японский физик Саката высказал мысль: такие фундаментальные частицы есть. И назвал их: протон, нейтрон и ламбда-гиперон. Они по многим причинам подходили на эту роль. И особенно, казалось, эта мысль и этот выбор исходных частиц подтверждаются с открытием и изучением слабых взаимодействий в последующие годы.
Но вот незадача: из этой тройки частиц должны были возникать группы, состоящие из 6 и 15 частиц. А такие группы на опыте никак не удавалось обнаружить.
Поэтому физики отложили гипотезу Сакаты, тем более что потом ее заслонили группы из восьмерок и десятки частиц. Но история повторяется.
В последнее время снова большое место в мыслях физиков заняла гипотеза о фундаментальных частицах — трех китах, на которых стоит микромир. Но это уже не те частицы, которые предлагал Саката. Среди известных частиц этих нет.
Авторы новой гипотезы Гелл-Манн и Цвейг называют эти частицы по-разному: один — «кварками», другой — «тузами». Ну, вот, теперь в пасьянсе появляются и тузы, «карточная колода» частиц, кажется, приобретает законченный вид.
«Тузы» воистину удивительны — не массой, не спином, а другими признаками. Оказывается, такие величины, как барионный заряд и странность, для них должны быть дробными! Что ж, может сказать читатель, этому дивиться бы не стоило: обе упомянутые величины введены физиками чисто условно, за ними нет наглядного физического смысла.
Ладно, допустим, что читателя не удивит вытекающее отсюда и из закона сохранения барионного заряда, скажем, такое положение: «в каждом взаимодействии должна сохраняться треть туза!» Но можно надеяться, что у него все же вызовет изумление такое свойство «туза»: его электрический заряд тоже должен быть дробным, составляя 2/3 или 1/3 от заряда электрона.
Можно полагать, что читатель, почерпнувший из всех учебников твердую уверенность в том, что электронный заряд есть самый маленький заряд на свете, уже более не дробимый, будет все же заинтригован. Может быть, он даже скажет, как некий посетитель зоопарка, впервые в жизни увидевший жирафа: «Быть такого не может!»
Во всяком случае, «тузов» еще никто не обнаружил. Возможно, из-за предсказываемой немалой их массы: они должны быть не менее чем в 6000 раз массивнее электрона. А самые тяжелые из найденных пока что «резонансных» частиц по массе только еще подбираются к 4000 электронным.
Все может быть. Но, может быть, окажутся правы и те из сегодняшних физиков, которые, сжав в тисках голову, сидят в
Вот так и сняла современная физика вопрос об «элементарности» частиц микромира. И в последние годы ученые вообще избегают пользоваться в применении к частицам словом «элементарный».
Стало совершенно неоспоримым, что все частицы имеют некую внутреннюю структуру. Но ее не понимают так, будто бы частицы сами состоят из каких-то еще меньших субчастиц.
Нет, структура частиц — нечто зыбкое, текучее, постоянно меняющееся, то, что определяется всеми взаимодействиями, в которых участвует частица, всеми распадами, которые она может претерпеть, всеми частицами, которые она может породить.
И обратно, все взаимодействия, распады и рождения определяются структурой самих частиц. Оторвать одно от другого невозможно.
В самом деле, частиц без взаимодействий не существует, взаимодействий без частиц — тоже. Нельзя в атомном мире запереться на замок и не отвечать на звонки, стать невидимым и неслышимым. Одиночество в этом мире — вещь совершенно немыслимая.
Каким же зондом можно влезть в частицу, чтобы прощупать ее нутро? Каким лучиком осветить ее, чтобы увидеть ее структуру? Увы, мы знаем, что это невозможно. Внутрь частиц заглянуть нельзя. «Частицы абсолютно безнадежно невидимы», — печально молвил как-то американский физик Роберт Хофстадтер.
И он же предпринял замечательные опыты, которые позволили физикам глубоко заглянуть в недра протона и нейтрона! Но, конечно, заглянуть не в буквальном смысле. Хофстадтер сумел обойти препятствие, воздвигнутое на его пути соотношениями неопределенности Гейзенберга.
Впрочем, Хофстадтера натолкнул на идею давно уже покойный Эрнест Резерфорд. Теми самыми опытами, какими Резерфорд убедился в существовании атомного ядра.
Помните? Он посылал на атом целую стаю альфа-частиц и наблюдал, как они разлетались в разные стороны после прохождения сквозь атом. Что творилось при этом в самом атоме, Резерфорд не знал. Но он зато узнал, что положительный заряд в атоме не размазан, а весь сосредоточен как бы в крошечном шарике — в ядре. Узнав, как распределен заряд в атоме, Резерфорд выяснил его структуру.
Подобный опыт решил поставить и Хофстадтер — но уже не на атоме, а на протоне. Альфа-частицы для такого опыта не годились. Никто же не полезет в желудок зондом размерами со всего пациента!
Нужна была частица по крайней мере такая же «простейшая», как протон. Пощупать предстояло распределение электрического заряда в протоне. Значит, частица должна была быть заряженной. И притом заряженной так, чтобы протон не отпихивал зонда, как это часто делают неразумные пациенты.
Наконец, надо было, чтобы частица имела неядерную природу. Иначе при ее встрече с протоном рождались бы мезоны и гипероны. А требовалось, чтобы пациент при обследовании вел себя спокойно.