Текст книги "Безумные идеи"

Автор книги: Ирина Радунская

сообщить о нарушении

Текущая страница: 23 (всего у книги 24 страниц)

Спасительная надежда, что в одном из этих распадов участвует какая-то ненаблюдаемая частица, подобная нейтрино, была опровергнута тщательными измерениями. В этом случае наличие ненаблюдаемой частицы привело бы к нарушению закона сохранения энергии. Вспомним, что именно этот решающий довод привел к рождению нейтрино в теории бетараспада. Отпали и надежды на то, что за К-мезон принимаются две различные частицы – четная и нечетная.

Два молодых китайских физика, Ли Дзун-дао и Янг Чжень-нин, работающие в США, в 1956 году высказали совершенно еретическое, при всей его простоте, соображение. Они заявили, что закон сохранения четности не является всеобщим. Он, пояснили Ли и Янг, установлен на основании множества экспериментов, но все они относятся к макромиру, или к взаимодействиям между тяжелыми частицами и античастицами, или же к процессам, в которых участвуют электромагнитные взаимодействия заряженных частиц. Но есть процессы другого типа – самопроизвольный распад частиц. Все частицы, за исключением фотонов, нейтрино, электронов и протонов, распадаются за время, меньшее чем миллионная доля секунды (кроме нейтрона, который может жить вне ядра целых 1160 секунд).

Ли и Янг обратили внимание на то, что не существует ни одного опыта, говорящего о применимости закона четности к таким распадам. Физики были так убеждены в справедливости закона четности, что не считали нужным специально проверять его в этой области явлений. А ведь здесь все определяется самыми слабыми из известных в микромире сил взаимодействия. Сил, которые в десять миллиардов раз слабее электромагнитных и еще в сто раз слабее тех, которые связывают между собой ядерные частицы. Слабее их только гравитационные взаимодействия, проявляющиеся в макромире в виде сил тяжести.

Ли и Янг указали на то, что загадочный распад К-мезонов можно непринужденно объяснить, если не настаивать на том, что в этом процессе четность должна сохраняться. Но их заслуга состоит не только в «отрицательной» работе. Они не только усомнились и предложили еще одно объяснение непонятного опыта. Они пошли дальше и предложили целый ряд опытов, которые могут решить вопрос, универсален ли закон сохранения четности.

В том же 1956 году один из предложенных опытов был выполнен их соотечественницей Ву Цзянь-сюн, тоже работавшей в США. Эксперимент показал, что существуют только «левые» нейтрино. «Правых» нейтрино в природе нет. К концу этого года закон сохранения четности был вычеркнут из числа универсальных основных законов природы.

Оказалось, что при слабых взаимодействиях природа выступает перед нами как левша, а во всех остальных она одинаково хорошо владеет обеими руками.

Одна сторона этой истории оказалась обидной для многих физиков. Все необходимые данные для опровержения универсальности закона сохранения четности были зафиксированы на всех фотопластинках, на которых с 1946 года фиксировались распады пи-мезонов.

Многие смотрели на эти пластинки... (Недаром один маститый физик, подходя к экрану осциллографа, всегда спрашивал: «Что я должен здесь увидеть?») Никто не догадался, что стоит лишь подсчитать, сколько мю-мезонов при этом вылетает вперед и сколько назад, как возник бы вопрос о сохранении четности. А ведь главное – задать правильный вопрос. Найти ответ на правильно поставленный вопрос уже не так трудно.

Все смотревшие на эти пластинки видели на них только то, что они искали. И Нобелевская премия досталась Ли и Янгу.

Слабый левша

Но не только экспериментаторы были потрясены. Физик-теоретик А. Салам, сыгравший важную роль в дальнейшем развитии этой истории, приводит два замечательных отрывка из писем одного из крупнейших теоретиков, Паули, писавшего 17 января 1957 года: «Я НЕ верю («Не» жирно подчеркнуто Паули) в то, что Бог – слабый левша, и я готов держать пари на крупную сумму за то, что эксперименты дадут результаты, соответствующие наличию симметрии». Через десять дней он писал: «Теперь, когда первое потрясение уже миновало, я начинаю приходить в себя. Действительно, все было весьма драматично. Во вторник 21-го числа в 8 часов вечера я предполагал прочитать лекцию о нейтринной теории. В 5 часов вечера я получил три экспериментальные работы. Я был потрясен не тем, что Бог предпочитает левую руку, сколько тем, что он сохраняет симметрию между правым и левым, когда он проявляет себя сильным».

Когда физик поминает бога, он, несомненно, выбит из колеи.

Любопытно в этой истории и то, что в первой работе Ферми, посвященной теории бета-распада и нейтрино, в 1934 году были написаны почти те же уравнения, которыми пользуются и сейчас. Но практически, все последующие теоретические работы, вплоть до 1957 года, обсуждавшие взаимодействия, приводящие к бета-распаду, оказались неверными. Ошибочными были и многие экспериментальные работы, посвященные этому вопросу.

Впоследствии было обнаружено, что уравнения, ликвидирующие симметрию между правым и левым, были получены еще в 1929 году Вейлем! Но они остались непризнанными.

Вскоре, совершенно независимо, Л. Ландау и А. Салам, а чуть позже Ли и Янг создали новую теорию нейтрино и привели теорию бета-распада в современное состояние. В физику вошло новое квантовое число – спиральность, показывающее, является ли частица правой или левой.

Теперь мы можем ответить на вопрос Эддингтона. Чтобы объяснить, что такое правое и левое, мы можем сообщить, что правые нейтрино – это те, которые рождаются при распаде нейтронов, а левые – при распаде протонов.

В 1957 году нервы физиков подверглись новым испытаниям. Опыты Аллена и его сотрудников, изучавших превращение одного из изотопов хлора в аргон с рождением позитрона, не могли согласоваться с новой теорией бета-распада. Растерянность, вызванная этими опытами, и уверенность в справедливости теории бета-распада были столь велики, что возникли предположения о том, что обычный электронный бета-распад и позитронный распад подчиняются различным законам.

Теоретики после мучительных усилий заявили, что этого не может быть, а тщательная проверка показала, что ошибочны старые, казавшиеся безупречными опыты с распадом тяжелого изотопа гелия, результаты которых были использованы при обработке опытов Аллена. Новые исследования распада гелия привели к соответствию опытов Аллена с теорией.

Единственное, что еще смущало физиков, было то, что никому не удавалось наблюдать распад пи-мезона на электрон и нейтрино, который в соответствии с теорией должен был бы существовать. Однако уверенность одних недолго балансировала с сомнениями других. В сентябре 1958 года физики узнали о том, что такие распады действительно существуют.

Круг, начатый революционной гипотезой Ли и Янга, замкнулся, но утрата симметрии мира продолжала волновать ученых.

Напряженные размышления привели Ландау к мысли о том, что мир все же симметричен, но его симметрия имеет более глубокий характер, чем простое зеркальное отражение. Он обнаружил, что во всех распадах элементарных частиц замена левого на правый и наоборот сопровождается изменениями знака электрического заряда. Видимая несимметрия объясняется тем, что по неизвестным еще причинам в нашем мире протоны положительны, а электроны отрицательны. В антимире, состоящем из антипротонов и позитронов, все должно идти наоборот.

Теория Ландау сводится к тому, что в реальном мире сохраняется комбинированная четность. Это значит, что обычное зеркальное отражение сопровождается «отражением» заряда. Ведь уже давно известно, что электрон «видит» свое отражение в зеркале в виде позитрона и наоборот.

Все это приводит к заключению, что левое в нашем мире совпадает с правым в антимире, если такой действительно существует.

Можно сказать, что если бы в мире не существовало электрических зарядов, он был бы симметричен относительно обоих направлений вращения. В таком «беззарядном» мире невозможно было бы отличить правое от левого, как невозможно отличить политику английских консерваторов от политики лейбористов, хотя первые сидят в правой, а вторые в левой части палаты общин.

Реальный мир из-за наличия заряженных частиц обладает более сложной комбинированной четностью, связывающей знаки зарядов и направления вращения. Причина существования этой связи еще неясна.

Результаты, совпадающие с результатами Ландау, получили также Ли и Янг.

Опыты по проверке справедливости закона сохранения комбинированной четности очень сложны. Но уже в 1958 году, правда с небольшой точностью, он подтвердился в опытах Кларка и других, с распадом поляризованных нейтронов. Подтверждается он и отрицательным результатом некоторых опытов, которые должны иметь отрицательный результат, если сохранение комбинированной четности действительно есть закон природы.

Дружная семья физиков не долго жила в покое. Теоретики Ли и Янг и японский физик Нишижима вновь вызвали бурю, указав, что для обеспечения сохранения энергии при распадах мюонов могут понадобиться новые нейтрино. Были проведены оценки, показывающие, что нейтрино и антинейтрино, рождающиеся при бета-распаде, не участвуют в распадах мюонов.

На страницы физических журналов потоком хлынули сообщения о новых нейтрино. Чтобы отличить их от старых, пришлось назвать их мюонными нейтрино, добавив к названию крестниц Ферми слово «электронные».

Совсем недавно различие этих частиц было подтверждено экспериментально.

Поток частиц

Итак, четность, казавшаяся одним из универсальных законов природы, была низведена в низший ранг. Закон сохранения четности оказался имеющим ограниченную силу. Он не властен над слабыми взаимодействиями.

Крушение закона сохранения четности произошло в результате открытия новых частиц. Оно явилось следствием более углубленного изучения свойств сил, действующих между этими частицами.

В этой книге уже рассказывалось, как многократно изменялись взгляды ученых на строение микромира. Как многообразие вещей было сведено к атомам таблицы Менделеева, как одно время казалось, что весь мир состоит из комбинаций протонов и электронов, как было выяснено, что этого не может быть и элементарных частиц по крайней мере четыре.

Но и это царство простоты было недолговечным. Вначале ученых вытесняла из кристально ясного мира четырех частиц непреодолимая логика уравнений.

Первым среди новых, из уравнений Дирака, «родился» позитрон, который только на правах первородства получил собственное имя, хотя, появись он позже, его назвали бы просто «антиэлектроном». Вскоре позитрон неожиданно проявился на фотопластинке и был опознан. Затем уравнения сотворили антипротон и антинейтрон. Их после упорных поисков удалось обнаружить при помощи одного из мощных ускорителей.

Уравнение Юкавы породило пион, который затем оказался трехликим или, если угодно, тройней. Впрочем, экспериментаторы вначале ошибочно отождествили его с мюоном, который впоследствии обзавелся двойником, античастицей. Теория бета-распада Ферми создала нейтрино, а затем его близнеца – антинейтрино.

Так под давлением уравнений физики вышли на новый рубеж, под который была подведена надежная база эксперимента. Мир казался им состоящим из 12 частиц. Это были фотон, пара – нейтрино и антинейтрино, пара – электрон и позитрон, тройка пионов и две тяжелые пары – нейтрон и протон со своими античастицами. Незаконнорожденные мюоны.

не предсказанные уравнениями, казались какой-то случайностью, и никто не знал, зачем они существуют и какую роль играют. Их просто не принимали в расчет.

Подкинув экспериментаторам мюон, природа предупредила физиков, что в их теориях далеко не все в порядке. Хотя предсказания теории блестяще подтверждались открытием новых частиц и античастиц, в ней был какой-то изъян, через который и «просочилась» пара мюонов.

Вторая половина нашего века началась в физике каскадом открытий. Теперь на авансцену вышли экспериментаторы. В фотографиях ливней, возникающих при прохождении космических частиц высоких энергий через свинцовую пластину, помещенную в камере Вильсона, были обнаружены странные следы, напоминающие латинскую букву «V». Это были двухзубые вилки, начинавшиеся «из ничего».

Не желая впадать в мистику, физики должны были признать, что здесь фиксируются распады невидимых нейтральных частиц (нейтральные частицы, подходя к началу вилки, не оставляют следов). В результате незримых распадов возникают заряженные частицы, оставляющие видимые следы.

Тщательные измерения показали, что встречаются два сорта вилок. Одна образована протоном и отрицательным пионом, другая – парой из положительного и отрицательного пионов.

Пришлось предположить, что в вершине этих вилок гибнут различные частицы. Ту, которая распадалась на протон и отрицательный пион, назвали ламбда-частицей. Вторую окрестили к-частицей.

Постепенно удалось определить массы новых частиц и их основные свойства. Оказалось, что первые из них относятся к группе тяжелых частиц – барионов, а вторые, вместе с пионами, относятся к группе мезонов.

Но это было лишь началом. Усовершенствовалась техника эксперимента и обработки следов на фотографиях частиц, увеличивались мощности ускорителей. В результате за несколько лет число известных частиц более чем удвоилось. К 1957 году их было уже около тридцати, и никто не знал, сколько еще может быть открыто.

Странные частицы

Но не количество новых частиц удручало ученых. Против этого ничего нельзя было возразить. Здесь нужно было лишь радоваться. Плохо было то, что новые частицы не подчинялись существующим теориям. Особенно странной была их долговечность.

Расчеты показывали, что новые частицы должны были гибнуть почти сразу вслед за их рождением. Уравнения дозволяли им существовать лишь ничтожное время, которое даже трудно выразить словами, – это всего одна стотысячная от одной миллиардной части миллиардной доли секунды. А новые частицы жили несравненно дольше – целую миллиардную долю секунды или хотя бы десятую часть этой доли. Расхождение с теорией составляло 100 тысяч миллиардов раз, это было странно и непостижимо. За эту непредвиденную живучесть новые частицы получили наименование «странных» частиц.

Странные частицы! Что может быть более странным, чем это название? Но физики привыкли к тому, что словечки из лабораторного жаргона, удачные остроты, неожиданные сравнения надолго удерживались в лексиконе науки, а иногда и входили в него навсегда. В этом проявляется неполнота наших знаний о мире микрочастиц, быстрый темп развития этой области, не оставляющий времени для строгого выбора и шлифовки терминов и определений.

Почему странные частицы вопреки воле формул и уравнений жили дольше, чем следовало? Почему нарушали предсказания ученых?

И физики вновь и вновь перебирали в памяти уже известные факты, сопоставляли и сравнивали все, что знали о взаимодействиях частиц. Вот самые сильные взаимодействия. Они возникают между ядерными частицами – нуклонами. Они действуют на ничтожных расстояниях, удерживая протоны и нейтроны внутри ядра. Для краткости физики называют их просто сильными взаимодействиями. Характеристикой взаимодействий служит время, в течение которого они проявятся. Взаимодействия между нуклонами, описываемые уравнением Юкавы, осуществляются за ничтожное время. Именно это время теория и отводила для жизни странных частиц. Но странные частицы жили гораздо дольше, значит не эти силы распоряжаются их жизнью. Но какие же? Какие силы еще известны физикам?

Следующими по силе являются электромагнитные взаимодействия, описываемые уравнением Дирака, те, в которых участвуют электрические заряды частиц. Они ровно в 137 раз слабее сильных, и поэтому для их проявления требуется в 137 раз больше времени.

Несравненно более слабыми являются взаимодействия, приводящие к самопроизвольному распаду частиц, например к бета-распаду. Эти взаимодействия так и окрестили слабыми. Они в 100 тысяч миллиардов раз слабее сильных и длятся соответственно дольше.

Самыми слабыми из известных сейчас сил являются гравитационные силы. Они так слабы, что для сравнения с ними ядерные силы нужно четыре раза подряд уменьшить в миллиард раз и результат уменьшить еще в тысячу раз. При этом получается потрясающе малое число, в котором перед единицей стоит 39 нулей. Не удивительно, что в микромире эти силы совсем не играют роли. Они проявляются лишь в астрономических масштабах, где во взаимодействиях одновременно участвуют несметные скопища частиц.

Поэтому, размышляя о поведении странных частиц, ученые обратили особое внимание не на самые сильные и не на самые слабые силы, а на просто слабые, на те, которые в 100 тысяч миллиардов раз слабее сильных. И у них возникло предчувствие: не свидетельствует ли долгая жизнь странных частиц о том, что они гибнут (распадаются) не под влиянием ядерных сил, а в результате слабых взаимодействий?

Такая догадка могла показаться на первый взгляд просто проявлением невежества. Она заставляла отказаться от очевидных вещей, от привычной и установившейся точки зрения на взаимодействия частиц, А привычная точка зрения заключалась в том, что рождение и гибель каждой частицы связаны с процессами и силами родственного типа. А тут: рождаются при сильных взаимодействиях, а умирают при слабых? В это верилось с трудом. Но ведь речь шла о странных частицах... И никто толком не знал, что можно было от них ждать.

Так, еще ничего не зная о природе процессов распада странных частиц, зная лишь время их жизни, ученые наметили возможную причину их гибели – слабые взаимодействия.

Новые законы

Итак, в результате измерения времени жизни странных частиц удалось немного приоткрыть тайну их поведения. Рождаясь в результате сильных взаимодействий – при соударении протона, разогнанного в ускорителе или образовавшегося в ливне космических частиц, с частицами, образующими ядра свинца или другие ядра мишени, они самопроизвольно распадаются в результате слабых взаимодействий.

Почему же странные частицы не могут распасться тем же путем и так же быстро, как они рождаются? Экспериментаторы не могли ответить на этот вопрос, так как они наблюдали лишь конечные результаты и не могли проследить деталей процесса.

Теоретики размышляли над этим около двух лет; они передумали и перепробовали десятки схем и моделей и в результате вынуждены были прийти к удивительному предположению о том, что процессы с сильными взаимодействиями возможны лишь при участии не менее двух странных частиц. Как ни странно, в случае со странными частицами природа оказывалась столь щедра, что рождала их сразу кучей. И у нее уже не хватало «сил», чтобы «возиться» с ними дальше, не хватало энергии на обратный процесс, на их моментальное уничтожение. Родив двойню, тройню, она как бы бросала их на произвол судьбы, и те умирали сами по себе. «Фокус состоит в том, – констатирует физик, – что процесс с сильным взаимодействием такого рода не будет обратимым ввиду недостатка энергии».

Так возникло объяснение долговечности странных частиц (они живут до тех пор, пока не погибнут из-за слабых взаимодействий) и неожиданное предсказание: странные частицы не могут рождаться в одиночку. Они рождаются только группами.

Это предсказание вскоре блестяще подтвердилось. Мощные ускорители начали массовое производство странных частиц, и они всегда рождались не менее чем в парах.

Итак, природа запрещает странным частицам рождаться в одиночку. Но если природа что-нибудь запрещает, то запрет чаще всего формулируется в виде закона сохранения. Например, вечный двигатель невозможно создать в силу закона сохранения энергии или нельзя вытащить себя за волосы из болота в силу закона сохранения положения центра масс, который, в свою очередь, есть следствие закона сохранения импульса (подчиняясь этому закону, действуют и ракетные двигатели).

Может быть, за фактом совместного рождения странных частиц тоже стоит неизвестный еще закон сохранения? И он поможет предсказать свойства неизвестных еще частиц!

Вспомните, как было предсказано нейтрино. Только уверенность в том, что закон сохранения энергии незыблем, помог Паули угадать, что в бетараспаде должна, обязана участвовать еще одна неизвестная частица (нейтрино), которая и уносит с собой недостающую часть энергии.

Вот почему ученые стремятся твердо знать, что же, какая величина (кроме энергии) сохраняется при ядерных взаимодействиях. Тогда нехватка какой-то ее части в результате взаимодействия частиц подскажет им, какая частица похитила эту часть. И если эта частица неизвестна, ее будут искать, твердо зная, что она есть, существует и ее можно опознать по «украденной» величине.

Так, может быть, для странных частиц, помимо известных, действует еще какой-нибудь закон сохранения, который может стать путеводной нитью в определении их свойств?

Это безумное предположение подтвердилось. Введением новой величины, подчиняющейся закону сохранения, удалось не только объяснить поведение известных странных частиц, но и предсказать свойства неизвестных в то время частиц, которые вскоре одна за другой были обнаружены. Эта величина (ученые говорят – квантовое число) была названа «странностью», а закон ее сохранения – законом «сохранения странности».

Введение понятия «странность» и закона «сохранения странности» было несомненным триумфом науки, позволившим предсказать явления, неизвестные ранее. Но это было и новым шагом к абстракции, потому что физический смысл странности оставался неясным. Формально странность выражалась небольшими целыми числами, однако невозможно было сказать, с каким свойством частиц, кроме странности, связано это новое квантовое число. Но это не было простой игрой в слова. Закон сохранения странности объяснял необходимость рождения странных частиц группами, во всяком случае, не меньше чем парами. Он объяснял и их живучесть: летя в одиночестве, странная частица не могла быстро (то есть за время, свойственное сильным взаимодействиям), распасться, ибо это привело бы к нарушению закона сохранения странности.

Введение закона странности было важной вехой на тропах науки и еще по одной причине. Появился новый закон сохранения, который – не в пример старым – не имеет универсальной силы. Он действует только при сильных (ядерных) и электромагнитных взаимодействяих и не действует ни при каких других взаимодействиях.

Старые классические законы сохранения действовали всегда, недаром они считаются основными законами природы – это закон сохранения энергии и закон сохранения вещества, объединенные теорией относительности в единый закон сохранения. Это закон сохранения электрического заряда, закон сохранения движения (импульса), закон сохранения вращейия (момента).

Вскоре оказалось, что для сильных ядерных взаимодействий, помимо известных ранее, существуют и другие законы сохранения, которые не имеют силы по отношению к остальным процессам. Для описания этих законов пришлось ввести новые специфические понятия, новые квантовые числа. Некоторые из них еще не имеют даже общепринятого наименования, для других выбрана буква, но далеко не ясно, что за ней скрывается.

За последнее время для сильных взаимодействий стало известно семь законов сохранения – семь сохраняющихся величин (помимо закона сохранения энергии, законов сохранения импульса и вращательного момента). Эти законы позволили разобраться во взаимоотношениях между известными барионами (тяжелыми частицами) и мезонами, участвующими в сильных взаимодействиях, и предсказать существование многих новых частиц, открытых за минувшие годы.

Кванты и Будда

Здесь не хватит места для того, чтобы рассказать об увлекательных подробностях предсказания, поисков и открытий всех новых частиц, количество которых уже перевалило за 80.

Но нельзя не рассказать о замечательном открытии омеги-минус, сообщение о котором появилось в начале 1964 года. Омега-минус была открыта тогда, когда ученые убедились, что и семи законов сохранения им недостаточно для того, чтобы успешно двигаться дальше по дорогам микромира. Они пустились на поиски следующих.

В 1961 году два физика, американец Гелл-Манн и полковник израильской армии Нейман, работая независимо, создали удивительную теорию, которую даже не сразу решились публиковать.

Для того чтобы обсуждать новую теорию, ее нужно было как-то назвать. В этой теории впервые одновременно участвовало восемь квантовых чисел. Число «восемь» и вошло в название теории, хотя само название возникло случайно.

Кому-то из ученых пришел на память афоризм, приписываемый Будде. Он гласит:

«Вот, о монахи, благородная истина, которая ведет к прекращению боли: это благородный восьмиступенный путь, а именно путь через честные намерения, верные цели, правдивые речи, справедливые действия, праведную жизнь, правильные усилия, истинную заботливость, полную сосредоточенность».

Восемь ступеней, восемь заповедей Будды, должны были вести монахов к блаженству. Восемь законов сохранения, восемь квантовых чисел вели ученых к истине. Новая теория получила наименование «восьмиступенный путь».

И вот при помощи новой теории ученые набросали «портрет» неизвестной частицы. Частицы, которой никто никогда не видел, но которая должна была существовать, если «восьмиступенный путь» действительно вел к истине. Хотя эта частица не была известна, «восьмиступенный путь» позволял предсказать ее массу и то, что она должна обладать отрицательным зарядом. Эта невиданная частица должна была обладать к тому же странностью, равной минус три. Она должна быть устойчивой и могла распасться «лишь» через одну десятимиллиардную долю секунды.

Пожалуй, только охотник может понять чувство физика-экспериментатора, когда ему на глаза попалось описание примет новой частицы. Со старой берданкой сюда не сунешься. В путанице следов частиц на фотографиях прятался чрезвычайно редкий «зверь». И охота началась, как только была подготовлена вся необходимая снасть.

Протоны, ускоренные большим синхротроном, в результате сильных взаимодействий с ядром мишени образовывали пучок отрицательных К-мезонов. Каждые несколько секунд тщательно изолированный пучок, содержащий около десятка К-мезонов, попадал в пузырьковую камеру, где мезоны взаимодействовали с протонами (ядрами атомов водорода, который в жидком состоянии заполнял камеру).

Без сложного анализатора, работающего при помощи электронной вычислительной машины, вряд ли удалось бы отыскать среди 100 тысяч сделанных фотографий те две, на которых зафиксировано рождение омеги-частицы. Тщательное измерение и расчеты позволили установить, что вновь открытая частица и есть разыскиваемая омега-минус. Ее масса отличается от предсказанной менее чем на один процент.

Успех новой теории придал ученым смелость, и они предположили на ее основе существование еще трех частиц. Когда Гелл-Манн назвал свойства этих частиц, его коллеги пришли в изумление: две из них должны иметь заряд, составляющий треть электрического заряда электрона, а одна – две трети. Но ведь до сих пор электрический заряд электрона считался элементарным! Он был чем-то вроде эталона, мерила электрических зарядов микрочастиц. Недаром он был принят за единицу. И вот... восьмиступенный путь завел ученых в область электрического поля за пределами элементарной единицы измерения.

Это было очень дерзкое предсказание. Новые частицы Гелл-Манн назвал почему-то «кваками» (циаг), сославшись на строчку одного из романов Джойса со стр. 383. Многие теперь пишут и говорят «кварки», выговаривая «р», хотя правила английской грамматики это запрещают. Почему кваки и почему 383 – непонятно. То ли это намек на «треть – восьмипутка – треть», то ли просто озорство – почему бы даже серьезному ученому не выбрать название, которое укажет ему первая попавшаяся страница книги?

Ученые, наверно, не стали задумываться над такими пустяками, даже если им и не был известен секрет кваков. Не теряя времени они тотчас приступили к поискам новых частиц на Брукхевенском ускорителе. Для начала они решили обнаружить частицы с зарядом в одну треть от заряда электрона, как наиболее отличающимся от единицы. Но... опыт однозначно показал, что таких частиц не существует. Однако физики, как всегда, не были в своем заключении категоричны. Они только утверждают, что если такие частицы и существуют, то они должны иметь массу более чем две или три массы протона, а для создания частиц с такой массой не хватает мощности всех работающих в настоящее время ускорителей.

Так что на пути обнаружения кваков возникло чисто техническое препятствие, но это физиков не обескуражило. Их чаще радует не мгновенный успех, а то, что в какой-то момент выводы теории не совпадают с экспериментом. Значит, это место требует особого внимания, острой бдительности. Здесь надо ждать открытий!

Магические числа

Поразительное подтверждение предсказаний теоретиков вовсе не свидетельствует о благополучии в теории элементарных частиц. Здесь далеко не все в порядке. Пока это первые шаги в полутьме. Пока, изучая частицы, ученые пытаются сортировать их по признакам, свойствам, стараются их классифицировать. Но классификация – это ведь только вторая стадия познания. Сначала накапливаются факты. Потом делаются попытки их систематизировать, чтобы понять скрытые за ними закономерности. Только тогда, когда эти попытки систематизации оказываются удачными, возникает на ее основе надежда сформулировать объективный закон природы.

Так было и с периодической системой Менделеева, которому удалось обнаружить, что при расположении элементов по возрастающим атомным весам некоторые свойства их периодически повторяются. Менделеев не мог сказать, почему они повторяются, но, выявив эту закономерность и обнаружив, что в некоторых случаях она нарушается, он смог предсказать существование неизвестных в то время элементов. Элементов, само существование которых с неизбежностью вытекало из открытого им периодического закона. Они должны были существовать, если найденный закон верен.

Как известно, эти элементы впоследствии были обнаружены и заполнили пустующие клеточки в замечательной таблице. Это было триумфом науки.

Однако открытие закона еще не объяснило, почему этот закон существует, отчего появляется периодичность свойств, почему основной период равен 8, и почему существуют так называемые большие периоды, и отчего есть явное нарушение закона в семействе редких земель, состоящем из 18 различных элементов, которые пришлось поместить в одну клетку таблицы Менделеева (впоследствии такое же нарушение было обнаружено в семействе урана). Закономерность, лежащая в основе периодической системы Менделеева, была раскрыта только квантовой теорией атомов.

Примерно так же развивается сейчас теория элементарных частиц. Мы все еще находимся в стадии накопления фактов и более или менее удачных попыток их систематизировать. Существующие теории, в том числе и замечательный восьмиступенный путь, – только более или менее сложные вычислительные приемы. Никто не может сказать, как в дальнейшем будет развиваться теория.