Текст книги "Охотники за частицами"

Автор книги: Виталий Рыдник

сообщить о нарушении

Текущая страница: 14 (всего у книги 17 страниц)

К слову сказать, электромагнитное поле может не только как бы «вливаться», но может и «выливаться» из заряженных частиц. Массы нейтральных ка-мезонов больше массы заряженных их родичей, нейтральный нейтрон массивнее заряженных протона и антипротона.

Никаких четких закономерностей тут пока не обнаружено, кроме сравнительной близости масс в каждой группе частиц.

Такое впечатление, что благодаря наличию электромагнитного поля каждая частица словно распускается в букет частиц с близкими массами.

Этот воображаемый букет и описывается изотопическим спином. Легко запомнить: если этот спин равен нулю, то из «исходной» частицы ничего не распустится (ее античастица будет тождественна ей самой); если половине, то две частицы: она сама и отличающаяся от нее античастица, с которой она сможет аннигилировать; если единице, то три частицы и так далее.

А что это за «исходная» частица? «Проточастица» из «праматерии»? Нет, мы уже говорили, что так считать нельзя. Например, нельзя за «исходную» в группе пи-мезонов принять пи-нуль-частицу: она сама своим существованием обязана ядерному полю. «Выключили» мы это поле – и исчез бесследно этот мезон.

О «проточастицах», или, как их лучше называть, фундаментальных частицах, у нас еще будет особый разговор. Изотопический спин имеет к ним отношение, но иное, чем то, о котором мы сейчас говорим.

Укажем еще, что к лептонам это понятие также неприложимо.

А в остальном изотопический спин работает вполне успешно, не только помогая навести порядок в маленьких семьях (как их называют – мультиплетах) частиц, но и позволяя предсказывать еще неоткрытые частицы.

Почему же новое понятие так странно называется: какие-то изотопы, причем-то спин?

Оно названо так по двум довольно далеким ассоциациям.

«Изотопический», потому что частицы в каждой группе имеют весьма близкие массы. Словно это одна и та же частица, но в разных состояниях. Чем-то похоже на одно и то же ядро, но с разным числом нейтронов. А такие ядра и называются изотопами.

«Спин»… Помните наш рассказ об эффекте Зеемана? Из одной линии спектра в магнитном поле вырастал целый «букет» близких ей линий.

Эффект Зеемана удалось объяснить, предположив, что существует спин. Два или три «цветка», а в «букетах» частиц, как мы видели в нашей таблице, тоже только две или три частицы.

Далековата аналогия! Но сходства – даже пусть внешнего – оказалось «неизобретательным» физикам достаточным. Так и родилось на свет «нелепое» словосочетание – изотопический спин.

Впрочем, впереди нас ожидают совсем странные понятия!

О странных вещах

Никак мы не отойдем от нашей таблицы. Держит она нас на привязи!

А без нее нельзя. Она тот самый фонарик, в котором вместо батарейки работает фантазия физиков. Фонарик, с помощью которого приходится физикам пробираться в густейшем тумане. И нам по их стопам.

Теперь нас заинтересует столбец таблицы, озаглавленный очень занятно: «странность». Ну, не странно ли в самом деле? Каким неведомым путем попало это слово в обиход физики, такой точной в своих выражениях?

Что же может заслуживать такого названия в том мире, где все по меньшей мере весьма странно? Оказывается, и в этом мире творятся сверхстранные дела.

…Налетел энергичный протон на протон – возник обильный поток пи-мезонов. Полетели мезоны из ускорителя, влетели в пузырьковую камеру, где их поджидали другие протоны, – и начали рождаться новые частицы. Побежали на фотопленке цепочки следов ка-мезонов и гиперонов.

Но решительно во всех случаях гипероны рождались только с ка-мезонами. Ни одна попытка родить их порознь не увенчалась успехом.

Физиков, конечно, заинтересовало: почему эти частицы не могут жить друг без друга? Ведь на рождение одного ка-мезона или одного гиперона порознь нужно затратить куда меньшую энергию, чем на их совместное рождение. Уж кто-кто, а экономная природа немедленно воспользовалась бы такой возможностью.

Если же этого нет, то ответ может быть только один: природа наложила запрет!

В те же годы было отмечено и еще одно любопытное явление. Образование пар из гиперонов и ка-мезонов происходило чрезвычайно быстро. Это не удивительно: взаимодействие налетающих пи-мезонов с протонами было типично ядерным, сильным. А как мы уже видели, для такого взаимодействия характерны времена порядка 10^–23 секунды.

Казалось бы, новорожденные частицы, раз им суждено гибнуть, должны совершить это столь же быстро, как они появились на свет. Ничего подобного: новорожденные жили в триллионы раз дольше, чем им полагалось по закону сильных взаимодействий.

Странные вещи, заключили физики, раздосадованные непонятными запретами, которые природа наложила на одиночное рождение и быстрый распад ка-мезонов и гиперонов. Странные они частицы!

И перенесли этот эпитет на величину, которую придумали, надеясь понять столь удивительное поведение частиц. А само поведение частиц подчинили запрету, который назвали «закон сохранения странности».

Посмотрите в таблицу. У родителей старых частиц – пи-мезонов и протонов – странности равны нулю. А вот у детей – скажем, ка-нуль-мезона и ламбда-гиперона – странности уже отличны от нуля. Но сумма их по-прежнему равна нулю. В результате общая странность всех частиц при рождении не меняется, оно разрешено и идет быстрым ходом.

А вот одиночное рождение этих частиц состояться не может: странность при этом не сохраняется. Как бы цивилизованный человек ни был голоден, он не набросится на еду, не вымыв рук. Над инстинктом властвует более сильный рефлекс.

Так же, очевидно, поступает и природа в нашем случае. Она не набрасывается на более доступное по энергии одиночное рождение странных частиц. Но почему она «моет руки», никто этого сегодня еще понять не может.

Впрочем, с самого начала было ясно, что из странного закона есть не менее странное исключение. Природа словно сквозь пальцы смотрела, как всеразрушающее слабое взаимодействие разваливало странные частицы, причем поодиночке. Как будто она была не в силах помешать этому развалу и могла только попридержать его.

Что же, закон сохранения странности нарушается при слабых взаимодействиях, меланхолично заметили ученые. Ничего другого нельзя было ожидать от странных частиц! В них бездна загадок, мало ли какие еще странности они обнаружат!

Загадка «тау-тета»

И обнаружили – не заставили себя долго ждать. Но справедливости ради надо заметить, что первую скрипку в этом деле все-таки играли не они, а еще более «странные» слабые взаимодействия.

Мы их назвали всеразрушающими. Действительно, они, как загадочная болезнь, поражают почти всех обитателей мира частиц – от легоньких мезонов до солидных гиперонов. По сравнению с «молниеносными» ядерными и «телеграфными» электромагнитными взаимодействиями эти совсем неспешны.

Но они подтачивают жизнь своих жертв так же медленно и неотвратимо, как вода точит камень. От них не защититься даже за высочайшими ядерными стенами. Они и там настигают нейтроны. И в результате из ядер льется поток электронов, нейтрино и их античастиц.

Каждая жертва слабого взаимодействия умирает по-своему. Легкие частицы выбрасывают из себя мю-мезоны, электроны, нейтрино. Гипероны превращаются в протоны, нейтроны, пи-мезоны. Но всегда эта картина смерти и рождения выглядит одинаково.

Однако нашлись частицы, которые вызвали немалый переполох в этом установившемся порядке. И конечно же, «странные ка-мезоны». Переполох начался чуть ли не с первых месяцев после их открытия.

Судите сами. Из одной лаборатории сообщают: «Сегодня, прожив примерно стомиллионную долю секунды, умер уважаемый ка-плюс-мезон. У него остались двое наследников – пи-плюс и пи-нуль-мезоны. Переданное им энергетическое наследство оценивается приблизительно в двести пятьдесят миллионов электрон-вольт».

Другая запись: «Скончался ка-плюс-мезон. У него три наследника – два пи-плюса и один пи-минус. Оставленное наследство – около восьмидесяти миллионов электрон-вольт».

Сличили физики записи. Какой верить? «Обеим», – подсказал доброжелательный советчик. Физики возмутились: «Как это – обеим?» Не может такая частица, как ка-мезон, распадаться на два или на три пи-мезона! Либо – либо. И никаких разговоров на эту тему быть не может. Это две совершенно разные частицы.

А чтобы никто никогда их не смешивал, даже нарекли по-разному. Одну – тета-мезоном, другую – тау-мезоном. Нарекли, разобщили, а сами поеживаются: массы у обеих частиц совершенно одинаковые. Не бывало до сих пор случая, чтобы частицы с одной и той же массой имели столь разные свойства!

…Когда-то, еще на заре квантовой механики, было замечено, что свои «облака вероятности» электроны в атоме строят по-разному. Иной атом донельзя доволен – рассматривает себя в зеркале так и этак, и все похож. А другой от природы малость перекошен – и в зеркале этот перекос с правой на левую сторону съехал. «Ну, погоди», – сказал один атом другому и плюнул… фотоном. И стал красив – на загляденье!

Конечно, это шутка. Но в ней есть доля правды. Представьте себе на минуту человека с идеально симметричным лицом – даже Аполлон позавидовал бы ему. Поставьте его перед зеркалом и переводите взгляд то на его лицо, то на изображение в зеркале. Ни малейшего отличия вы не заметите.

Можете даже развлечься. За спиной «сверхаполлона» установите второе зеркало, и как в парикмахерской увидите ряд все уменьшающихся изображений «зеркала в зеркале».

А теперь станьте перед зеркалом сами. Почти наверняка вы не только не «сверхаполлон», но даже и не Аполлон. Причин тому может быть много. И одной из них, возможно, будет та, что кончик вашего носа немножко скошен в сторону. Если же вы настолько уверены в собственной неотразимости, что не допускаете даже мысли о скошенном носе, то тогда лучше всего на одной щеке нарисовать небольшое пятнышко.

Нарисовали вы его, скажем, на правой щеке – в зеркале оно очутилось на левой, а «в зеркале в зеркале» – снова на правой. И так до бесконечности. Нечетное число отражений в зеркалах все время будет переносить пятно на другую щеку.

Физик скажет, что ваше лицо нечетно: нечетное число отражений меняет его вид. Лицо же «сверхаполлона» он, в противоположность вашему, назовет четным: сколько бы его ни отражать, оно не изменит своего вида.

Если вы здраво смотрите на несовершенства собственного носа, то немедленно получаете в союзники фотон. Его «физиономия», то есть облако вероятности, явно несимметрично. Потому-то и смог атом сыграть фокус в нашей шутке: избавился от нечетного фотона и стал четным.

И вообще, в разговоре о четностях справедливо известное старинное правило: минус на минус дает плюс. Если частица распалась на две нечетные частицы, то она четная, плюсовая; если на три: минус на минус, на минус, то она нечетная, минусовая. Быть и той и другой одновременно она не может, как не может урод быть одновременно писаным красавцем.

Пи-мезон оказался нечетной частицей. Из-за этого-то и разгорелся сыр-бор. Допустить, что ка-мезон, распадаясь и на два, и на три пи-мезона, может быть одновременно четным и нечетным! Да это же означает, что у природы кривое зеркало: правое отличается от левого! Вот что заставляло физиков упорствовать в признании «единого и неделимого» ка-мезона.

…Вы никогда не задумывались над тем, почему наиболее выдающиеся открытия в большинстве своем делаются весьма молодыми людьми? Эварист Галуа создал основы современной алгебры, когда ему не было и двадцати лет; Френель и Юнг разработали волновую теорию света еще до тридцати лет; столь же молоды были Альберт Эйнштейн, в двадцать шесть лет создавший теорию относительности, Гейзенберг и Дирак, заложившие основы квантовой механики! А ведь двадцатилетний ум еще далек от той зрелости, которая приходит лишь к тридцати – сорока годам.

Но у двадцатилетних умов есть одно важное преимущество перед зрелостью: свежий, не замутненный многолетней работой (а в ней всегда немало рутины) взгляд на вещи. Пусть не хватает широты, зато в избытке дерзость! Самое невероятное пленяет ум. И чем вернее ход мысли подтверждает возможность невероятного, тем с большей храбростью идет молодой ученый вперед. Он с легкостью неведения ломает догмы, к которым привыкли его современники. Новые представления не умещаются в тесных рамках!

Так бывает не каждый день. Но так случилось на этот раз. Основы физики были потрясены двумя молодыми китайцами, работающими в США, – Ли Цзун-дао и Янг Чжэнь-нином. Это произошло в 1956 году.

Кривое зеркало природы

В самом деле, почему бы не допустить, что у природы кривое зеркало, что левое отличается от правого? Не доказывать с пеной у рта, что это не так, а спокойно поговорить. И еще лучше – попытаться проверить. Очень «странные» они, эти слабые взаимодействия!

Но проверить уже не на тау– и тета-мезонах. Они мало подходят для этой цели: живут чуть ли не миллиардные доли секунды, да и попадаются не так уж часто. Лучше взять какое-нибудь другое, не такое быстрое, но зато хорошо изученное явление, виновником которого являются слабые взаимодействия.

Например, бета-распад, тот самый распад, когда из ядер летят электроны.

Но неужели никто никогда не замечал в нем такой «странности», как нарушение четности? «Представьте себе, нет, – отвечали молодые физики. – Не замечали, потому что не искали. Это явление тонкое, в глаза оно не бросается. Рекомендуем поискать».

А в чем оно должно проявиться? Ли и Янг посчитали и ответили так. Если сложить все спины протонов и нейтронов в ядре, то получится суммарный спин. Наподобие того, как атомные магнитики, складываясь в намагниченном куске железа, образуют большой магнит. Так вот, при бета-распаде в том направлении, куда указывает спин ядра (а попросту, куда направлена «ось вращения» ядра), должно вылетать меньше электронов, чем в противоположном направлении.

Ну, казалось бы, это давным-давно заметили бы! Ничуть не бывало! Во всех радиоактивных веществах, с которыми имели дело, спины ядер направлены как попало. Совсем так, как атомные магнитики в ненамагниченном веществе. Поэтому и электроны в среднем летели одинаково густо по любому направлению.

Ага! Значит, теперь надо все ядра выстроить как на параде – в затылок друг другу. Только так можно проверить предсказание Ли и Янга.

Очень нелегкая задача! Но результат предсказывался такой, что ради него стоило преодолеть и большие трудности.

За дело взялась большая группа экспериментаторов. Ее возглавили ученица Сегре китаянка By Цзянь-сюн и Эрнст Эмблер. Они поделили обязанности так. Эмблер должен был дать ядрам команду «смирно», а By – смотреть, что при этом произойдет с испусканием электронов.

Ядра существа резвые. В первую очередь нужно было поубавить их пыл. С этой целью радиоактивное вещество охладили до сверхнизкой температуры – всего лишь на сотые доли градуса выше абсолютного нуля. А затем поместили в сильнейшее магнитное поле. И, наконец, окружив всю установку счетчиками частиц, измерили, сколько электронов летит «по спину», а сколько «против спина».

Опыт готовился полгода. Опыт длился четверть часа. Этой четверти часа оказалось достаточно. Все получилось так, как предсказали Ли и Янг!

У природы в самом деле кривое зеркало! По крайней мере там, где присутствуют слабые взаимодействия.

Это было действительно потрясением! Нарушался один из самых очевидных законов природы: левое отличается от правого, верх от низа. Как это понять, как с этим примириться? Примириться придется. Факты – вещь чрезвычайно упрямая.

А понять… Понять – труднее. Дело в том, что здесь все не так просто, заявил вскоре после решающего опыта знаменитый советский физик Лев Давидович Ландау. Нарушается не только четность. У природы зеркало устроено хитрее, чем мы думали.

Отразите в этом зеркале протон. Вы думаете, что «по ту сторону» будет протон? Нет, там будет его зеркальный брат – антипротон! При отражении в зеркале природы частица заменяется античастицей.

И не приближайтесь к зеркалу, уважаемый протон, чтобы получше разглядеть свое отражение. Иначе кончится тем, что не останется ни вас, ни вашего зеркального брата!

Протон и его «зеркальное отражение» – антипротон.

Но читатель может не бояться даже сплющить собственный нос о зеркало. И он не подвержен слабым взаимодействиям, и зеркало иное – построенное руками человека, а не природы.

Да, кроме того, в зеркало и из него летят всего лишь фотоны. А для них, как мы уже видели в таблице, античастица ничем не отличается от частицы. Сколько ни встречайся они друг с другом – аннигиляции, взрыва не будет.

Так новым поразительным открытием и разрешилась загадка «тау-тета».

Элементарные частицы – предел делимости?

При путешествии по этой книге вы не раз встречали эпитет «элементарный», которым физики до недавнего времени наделяли частицы. Что под этим подразумевали ученые?

Прежде всего им представлялось до недавних пор, что эти частицы – как бы предел дробления вещества на части. Путешествуя по лестнице энергий, мы уже убедились в том, что, повышая энергию, можно было раздробить вещество на все более мелкие кусочки. Та же органическая молекула при нагревании сначала разбивалась на крупные блоки, эти блоки затем превращались в «пыль» из отдельных мелких молекул, молекулы дробились на атомы.

Еще немногим более полувека назад и атом был пределом делимости. Потом, повысив энергию, раздробили и его. Неделимый («атом» – по-гречески и означает «неделимый») оказался делимым. И, если бы не языковое неудобство, можно было бы предложить переименовать его в «том». (И получить, например, такие перлы, как «томная энергия» и «том железа»!)

После этого рубеж неделимости пролег по границам ядер. Но и здесь он был в считанные годы преодолен физикой. Тогда его отодвинули на рубеж частиц.

В книге, изданной пять лет назад, я читаю: «Элементарные частицы – это такие тельца, которым пока что нельзя приписать никакой внутренней структуры». Что ж, правильно по тем годам. И, казалось бы, правильно вообще: если припишешь внутреннюю структуру, то изволь признать еще более мелкие частички, из которых и образована эта самая структура!

Все, однако, оказалось не так-то просто. С самого начала выяснилась интереснейшая особенность: частицы превращались друг в друга. Ударили по протону энергичным пи-мезоном, чтобы расколоть протон на кусочки. Он и раскололся – на ламбда-гиперон и ка-мезон. Но можно ли считать их «кусочками» протона? Вряд ли: ламбда-гиперон и массивнее протона и сам распадается, образуя протон. В равной мере и ка-мезон нельзя считать осколком протона.

Хорошо, по весу дробление не проходит. Может быть, оно пройдет по размерам? А что такое размер в атомном мире? Квантовая механика не без оснований лишила частицы такой «расплывчатой» характеристики.

Помните, мы рассказывали, как гамма-фотон пытался высмотреть частицу, чтобы установить, как она движется? Ничего у него не вышло. И выйти не могло: со всякой частицей связана волна де-Бройля, которая размазывает частицу по пространству. Теперь уже не частица с четкими границами, а «облако вероятности» без всяких границ, без всяких определенных размеров.

Так… Частицы не имеют четких размеров. Частицы превращаются друг в друга… Физики постепенно, год за годом, пришли к убеждению, что говорить о дробимости или элементарности частиц совершенно бессмысленно. Но они не оставили надежды узнать о структуре частиц, вкладывая теперь в слово «структура» совершенно иной смысл.

Как частицы испускают кванты своих полей? Как частицы поглощают эти кванты от других частиц? Структура частиц определяет все взаимодействия, в которых они участвуют. Но и сами эти взаимодействия определяют структуру частиц. Получается как бы заколдованный круг!

Да, заколдованный круг, из которого до сегодняшнего дня еще не могут выбраться теоретики. Здесь, видимо, нужен какой-то принципиально новый подход, и тогда из этого круга, возможно, найдется выход.

Пока что экспериментаторы высмотрели… нет, не широкий, ясный выход, а некую узенькую щелочку. И, разумеется, в эту щелочку тут же засунули свой любопытный нос теоретики.

И то, что им удалось разнюхать за самые последние годы, вселило в сердца охотников за частицами большие надежды. Надежды навести какой-то достаточно убедительный порядок в мире частиц. То, что ускользало от физиков год за годом, как будто бы, наконец, удалось схватить.

Таинственные «резонансы»

Но расскажем по порядку. Дело началось тринадцать лет назад. Среди обильных трофеев, которые принесло физикам начало пятидесятых годов, среди всех этих мезонов и гиперонов, обнаружились какие-то весьма странные образования. Частицы? Нет, у тогдашних ученых как-то язык не поворачивался назвать их частицами.

Судите сами. Получил исследователь с помощью ускорителя лавину очень энергичных протонов. Бросил он эту лавину на мишень, помещенную внутри ускорителя и содержащую в своем составе протоны. И полетел во все стороны от мишени сноп новых, только что рожденных частиц. А среди них очень много пи-мезонов.

Отсеял исследователь из этого снопа все частицы, кроме пи-мезонов, и бросил эти пи-мезоны на вторую мишень, тоже содержащую протоны. Как будут сталкиваться пи-мезоны с протонами? Что при этом произойдет?

Что ж, это мы уже знаем: в неуловимо короткий миг встречи пи-мезонов с протонами они дадут жизнь целому ряду новых частиц; среди них – и более массивные ка-мезоны, и гипероны. Пролетят новорожденные частицы через камеру Вильсона или пузырьковую камеру, оставят в ней свои следы, будут с ними в камере разнообразные происшествия. И по этим следам пройдут охотники за частицами, узнают о том, что появились неведомые обитатели заповедного леса.

И всё? Оказывается, нет, не всё. Рождение новой частицы – вещь, конечно, очень приятная, но, что ни говори, редкая. Куда чаще после встречи с протонами пи-мезоны просто лишь меняют направление своего полета – рассеиваются в разные стороны. И нередко, если пи-мезоны обладают достаточной энергией, то возле протонов рождают своих собратьев. В снопе пи-мезонов появляются новые колосья.

Физики, разумеется, заинтересовались этим рассеянием: оно обещало пролить свет на природу сил, которые действуют между пи-мезонами и протонами при их сближении. Эти силы, как мы уже говорили, самые сильные силы на свете.

Они-то и обеспечивают колоссальную прочность атомных ядер.

Вначале это рассеяние как будто подтверждало самые общие догадки физиков. С ростом энергии пи-мезонов рассеяние их протонами все более ослабевало. Это и понятно: чем быстрее летит пи-мезон, тем меньше времени проводит он возле протона. Значит, тем меньше вероятность, что за это время обе частицы успеют обменяться крепкими «рукопожатиями». А значит, менее вероятно и то, что в результате более легкий из них пи-мезон сильно отлетит в сторону от своего первоначального пути.

Но тут же начались и неожиданности. При определенной энергии пи-мезонов рассеяние вдруг сильно возрастало. А затем, при дальнейшем повышении энергии мезона, оно снова приходило в норму. На рисунке, изображающем зависимость рассеяния от энергии мезона, появлялся небольшой горбик.

Первый горбик увидел в 1952 году уже известный нам неутомимый охотник за частицами Энрико Ферми. Посылая пучок пи-мезонов, рожденный в ускорителе Калифорнийского университета, на вещество, содержащее много протонов, Ферми заметил, что при энергии мезонов примерно в двести миллионов электрон-вольт они начинали вдруг очень сильно рассеиваться протонами.

Впечатление было такое, как будто качаешь маятник рукой. Вначале, пока толкаешь его редко и слабо, размах маятника невелик. Но, даже не усиливая толчков, а лишь учащая их, в какой-то момент добиваешься очень больших колебаний. А будешь подталкивать маятник еще чаще – и все пропадет. Причина этого известна давно: нащупал случайно собственную частоту колебаний маятника, и он ответил резонансом.

Все резонансные кривые имеют один и тот же вид. Неважно, описывают ли они размах колебаний маятника в зависимости от частоты толчков его, или слышимость, когда антенна радиоприемника настраивается в резонанс с частотой далекой радиостанции, или же когда с помощью оптического прибора физик нащупывает спектральную линию света от какого-либо химического элемента.

Этот вид всегда таков: на плавно идущей кривой вдруг возникает холм. Потому и горбик на кривой рассеяния пи-мезонов физики окрестили условно резонансом. В те годы казалось, что это лишь не более, чем внешняя аналогия. Да и к тому же совершенно загадочная.

В самом деле, о чем мог говорить горбик на кривой рассеяния? Раз частица рассеивается сильнее, значит, она больше времени проводит по соседству с протоном. Словно замедлила свой фантастически быстрый, почти со скоростью света, полет, чтобы получше разглядеть своего массивного родича.

На сколько же задерживается мезон около протона? Горбик на графике позволяет это прикинуть. Но только прикинуть – никакими часами этого не измерить. Размер (конечно, как мы помним, чисто условный) протона – порядка 10^–13 сантиметра, скорость полета пи-мезона – порядка 10¹⁰ сантиметров в секунду. Значит, пи-мезон пролетает мимо протона примерно за 10^–23 секунды.

Эта цифра нам известна: она дает порядок времени сильных взаимодействий. Так оно и должно быть: между протоном и пи-мезоном – квантом ядерного поля – существует именно сильное взаимодействие.

Так вот, «резонансный» пи-мезон задерживается около протона на время того же порядка – те же 10^–23 секунды. И лишь, может быть, это время в два-три раза больше, чем для мезона с соседней, нерезонансной энергией. Точнее определить время задержки нет никакой возможности, известен лишь его порядок величины.

Но нам важно сейчас, что такая задержка все же происходит. Что там делают обе частицы в этот ничтожный промежуток времени? Сливаются, слипаются? – спрашивают друг друга физики.

Неясно, отвечают теоретики, но почему-то при этом появляются новые пи-мезоны. Впрочем, это, возможно, тот самый случай, когда энергия ядерного поля материализуется в виде новых квантов этого же поля. Виртуальный процесс, но с самыми реальными последствиями!

Занавес приподнимается

И вот экспериментатор появляется в кабинете теоретика. Оторванный от тяжких раздумий теоретик как будто недоволен.

– Итак, чем могу служить?

– Да вот, получил я новую кривую рассеяния пи-мезонов на протонах. А вот и еще одна: это я пустил на протоны пучок ка-мезонов. Трудно, знаете ли, было. Ка-мезоны – редкие гости. Намучился, пока закончил опыт.

Но что теоретику до каторжного труда экспериментатора!

– Ну и что, есть что-нибудь новенькое?

– Да вот, видите ли, опять эти горбики…

Теоретик рассматривает кривую рассеяния, построенную экспериментатором.

– Да, опять эти резонансы. И довольно много их… Впрочем, знаете что? Присаживайтесь-ка. Мне тут одна идейка в голову взбрела. Давайте-ка потолкуем.

Экспериментатор покорно садится. Не очень-то он любит, когда теоретик проверяет на нем свои заумные идеи. Но довольно часто оказывается, что теоретический «бред» удивительно хорошо объясняет факты, добытые на опыте, и правильно подсказывает экспериментатору, где и что нужно искать. Так что все-таки интересно узнать…

– Так вот, слушайте. Мне пришло в голову, что ваши горбики на кривых, это… новые частицы!

Такое действительно не каждый день услышишь! Экспериментатор изумлен.

– Да, да, не изумляйтесь. Вот вы сами скажите, что такое частица, по вашему мнению?

– Частица? Гм… Ну, как вам это сказать… Ну, вот, скажем, электрон. Он имеет массу, заряд, кроме того, спин. И еще вот что: он устойчив.

– Хорошо. А, скажем, мю-мезон? Он тоже имеет заряд, массу, спин… только живет миллионную долю секунды. Так что же, разве это не частица?

– Нет, почему же, частица.

– А ка-мезон: он живет еще в сотни раз меньше? А гипероны – они еще в сотню раз быстрее распадаются? Они тоже частицы?

– Мы полагаем – частицы.

Теоретик словно передразнивает:

– «Мы полагаем»! Тогда почему же мы – и я в их числе – не можем допустить, что ваши «резонансы» – это тоже частицы, только совсем уж мгновенно исчезающие? Живущие еще в триллион раз меньше, а потому и необнаружимые!

– Гм, собственно говоря, дело для нас именно в этом. За триллион-триллионную долю секунды своей жизни ваша «частица» никуда не уйдет, никакого следа не оставит.

– А для того чтобы вы поверили в частицу, вам обязательно нужно, чтобы вы увидели оставленный ею след?

– Ну, в общем, это как-то привычней.

Теоретик торжествует:

– Вот то-то и оно – привычней…

Но экспериментатор далеко еще не убежден.

– Погодите, а где масса, заряд, спин у вашего резонанса?

– Не беспокойтесь, все есть. Масса – это та самая энергия пи– или ка-мезона, при которой вы видите «резонанс» на кривой. Ведь массу можно получить из величины энергии по старой формуле Эйнштейна. Есть и заряд – только прямо вы его не измерите: слишком мало живет частица. А об измерении спина и говорить нечего. О том и о другом можно судить лишь по тем частицам, которые родятся в момент смерти вашего «резонанса».

– А! По тем дополнительным частицам, которые у меня появляются в рассеянном пучке мезонов.

– Вот-вот.

– Но, погодите, раньше ведь думали, что эти «резонансы» – лишь на мгновение слипшиеся новые частицы. Ну, например, два или три пи-мезона или, скажем, ка– и пи-мезоны.

– Ну и думайте себе на здоровье! От этого ведь ничего не изменится. А я могу думать, что это совершенно новые частицы. Причем вникните: эти частицы породило поле, которое само родилось от этих частиц.

Экспериментатор улыбается:

– Ну, этим вы меня не удивите. «Круговорот поля и вещества в природе» – это я и сам знаю. Вы вот предскажите из своей идеи новые, еще не открытые резо… то бишь, частицы. Найдут их, вот тогда я вам поверю.

– Об этом я сейчас и думаю.

– И придумали?

– Как будто что-то проясняется… Вот смотрите, есть у вас ядра какого-либо элемента, и бомбардируете вы их, скажем, протонами достаточно большой энергии. А затем изучаете, как эти протоны рассеиваются.

– Об этих опытах мир уже тридцать лет знает. Они во всех учебниках физики описаны. Сами читали.

– Верно – читали. Да не вникли. Есть там горбы на кривых рассеяния?

– Сколько угодно. Но ведь эти горбы отвечают тому, что ядро, проглотив протон и с ним солидную энергию, перешло в возбужденное состояние. А потом оно выбросило, например, протон и гамма-фотоны и что-нибудь еще и вернулось обратно в исходное состояние. А протон при этом потерял часть энергии и полетел в сторону – рассеялся.

Теоретик улыбается:

– Вижу, дело мы знаем. Ну, а сколько времени ядро живет в возбужденном состоянии?

– По-разному. В одном состоянии – миллиардные доли секунды, в другом – уже тысячные. Все зависит от состояния. И лишь в нормальном, самом низком по энергии состоянии, неограниченное время. Да что это вы меня экзаменуете?