Бег за бесконечностью - Александр Потупа

Эти работы явились вполне достойным «открытием» новых объектов мезонов, а кавычки для слова «открытие» использованы по той простой причине, что «американские мезоны» не имели непосредственного отношения к «японским предсказаниям» — это были уже упоминавшиеся мю-мезоны, дублеры электрона по микромиру. Впрочем, первоначально никаких особых подозрений в несоответствии предсказанных и открытых частиц не возникало. Лишь постепенно, в течение десяти лет, выяснилось, что такие частицы не обладают ядерной активностью и взаимодействуют с ядрами только благодаря наличию электрических зарядов.

Такие неприятные неувязки были окончательно осознаны к 1947 году, и не исключено, что в судьбе гипотетических тяжелых квантов Юкавы произошли бы трагические события, если бы… они не были именно в этом году открыты «всамделишно».

Особо важную роль в благополучном исходе поисков сыграли новые, чрезвычайно чувствительные фотопластинки, вовремя попавшие в руки к исследователям космических лучей. Благодаря чудо-пластинкам группа С. Пауэлла обнаружила, что наряду с мю-мезонами появляется некоторое количество частиц с близким значением массы, но способных к расщеплению атомных ядер. Так юкавские кванты, названные в отличие от мю-мезонов пи-мезонами, получили права полноправных граждан микромира. Не остались в тени и их открыватели: X. Юкава был удостоен Нобелевской премии в 1949 году, а С. Пауэлл — ровно через год.

Теперь, я думаю, ясно, почему примерно к 1937 году — отчасти по «святому неведению», отчасти по «стремлению к покою душевному» — у физиков создалось довольно радужное настроение по поводу того, как же лепо и пригоже устроен этот микромир. Все при деле, и все на своих местах. Две новые частицы — мезон и нейтрино — вполне оправдывают свое существование: с ними в физику вошло представление о двух новых типах взаимодействия — слабом и сильном. Похоже было, что экспериментаторы выполнили свой долг наилучшим образом. Теперь дело за теоретиками, за созданием хорошей количественной теории наблюдаемых явлений

К моменту, когда настоящий юкавский квант — пи-мезон — обнаружился в составе космических лучей, а еще через год был зарегистрирован на циклотроне Берклиевской радиационной лаборатории, могло сложиться впечатление, что все главные действующие лица микромира уже найдены. Но вот тут-то на горизонте и замаячили крупные неурядицы.

Житейская мудрость предлагает по поводу таких ситуаций внешне парадоксальную поговорку: когда слишком хорошо — значит, плохо! В данном случае все оказалось не то чтобы «плоше», но сложней и интересней.

Уже в 1944 году французские физики Л. Ле-Принс Ренгуэ и М Лэритье зарегистрировали любопытный след космической частицы, обладающей массой порядка 500 МэВ. Через три года сотрудники Манчестерского университета Дж. Рочестер и Ч. Батлер обнаружили два события: какие-то частицы распадались на лету, и возникала своеобразная вилка следов, напоминающая по форме латинскую букву V. Начались интенсивные поиски новых событий такого же типа, а вскоре стало ясно, что открыт целый новый класс, точнее, даже два класса элементарных частиц, и первоначально их так и назвали: V-частицы. Некоторые из них оказались массивней протона, а другие — легче его; и эти, более легкие, явно принадлежали к мезонам.

V-частицы вели себя довольно странно — они рождались с большой интенсивностью в результате сильных взаимодействий, а распадались на пи-мезоны и протоны или только на пи-мезоны (опять-таки на сильновзаимодействующие частицы — адроны!) с гораздо меньшей интенсивностью. Получалось так, что рождением и распадом V-частиц «управляют» различные силы, и распад происходит в результате слабых взаимодействий. В этом-то и состояло противоречие с известными законами физики, раз частицы способны участвовать в сильных взаимодействиях, то и распадаться на адроны они должны были бы за счет тех же сильных взаимодействий! Поскольку этого не наблюдалось, физики предположили, что рождение V-частиц происходит несколько необычным образом — они действительно образуются в процессах сильных взаимодействий, но лишь в строго определенных комбинациях, скажем, попарно, а распадаются поодиночке и уже за счет слабых взаимодействий. Впоследствии именно это свойство V-частиц — рождаться в строго определенных комбинациях было подтверждено экспериментами и расценено как странная черта в их поведении. Например, у пи-мезонов аналогичной странности не наблюдалось они рождались тоже с гораздо большей интенсивностью, чем распадались, но ведь распадались-то пи-мезоны не на адроны, а на частицы, не участвующие в сильных взаимодействиях!

Летом 1953 года во французском городке Банье-де-Бигор была созвана конференция по физике космических лучей Она имела вполне определенную цель навести порядок в семействе недавно открытых частиц, дать конкретные рекомендации для составления подробной таблицы элементарных «кирпичиков мироздания».

Конечно, новое всегда интересно и притягательно, но физики могли с легким налетом грусти отметить — частиц стало много, слишком много, чтобы все они в равной мере оставались настоящими «кирпичиками». Вероятно, создавшееся в связи с этим элегическое настроение способствовало одобрению прилагательного «странные» в качестве определения (официального обозначения!) тех частиц, которые вели себя своенравно, и заставляли ученых искать какие-то необычные правила реакций. «Странные» мезоны были названы ка-мезонами, а «странные» частицы тяжелее протона и нейтрона — гиперонами. Протон, нейтрон и гипероны получили также и общее название — барионы (от «барос» — тяжелый).

В 1960 году на Международной конференции по физике высоких энергий демонстрировалась подробная таблица элементарных частиц и их основных свойств. Она занимала целую страницу стандартного книжного формата и включала целых 30 частиц и античастиц!

Первым, в гордом одиночестве стоял герой квантовых сражений фотон. Далее выделился особый класс лептонов (от «лептос» — легкий), куда вошли электрон, мюон, нейтрино и их античастицы. Из ядерно-активных частиц были известны 3 пи-мезона и 4 ка-мезона, а также протон, нейтрон, их античастицы и 6 гиперонов (один лямбда-гиперон, 3 сигма-гиперона и 2 кси) со своими антигиперонами.

Вот какая сложная «зоология» была наведена в микромире около 20 лет назад.

Запомнить такую «огромную» таблицу было намного сложней, чем две-три частицы «старых добрых времен».

Казалось, что конец 40-х и 50-е годы принесли настоящее половодье открытий — 20 новых частиц: мезонов и гиперонов, да еще и нейтрино. 23 из 30 частиц в приведенной таблице были ядерно-активны, причем 16 мезонов и гиперонов считались «странными». Следовательно, сильные взаимодействия обладают гораздо более сложными и разнообразными свойствами, чем могли себе вообразить физики в «ядерные» 30-е годы.

Между тем размышления о половодье возникли буквально накануне настоящего потопа, причем первые сигналы о надвигающейся «каре за иллюзии» физики в некотором смысле прозевали…

Адронный потоп

«…В шестисотый год жизни Ноевой, во второй месяц, в семнадцатый день месяца, в сей день разверзлись все источники великой бездны, и окна небесные отворились. И лился на землю дождь сорок дней и сорок ночей…» Таковы строки библейской сказки о «наказании господнем», ниспосланном за грехи рода человеческого. Как известно, спасется лишь Ной — человек праведный и за то вовремя осененный предупреждением свыше. Он построит громадный ковчег, соберет на нем «всякой твари по паре» и причалит на нем к единственному кусочку незатопленной тверди земной — вершине горы Арарат.

Сказка сказкой, но нечто подобное произошло и в микромире: был и потоп открытий, и спасительный ковчег…

Масштабы событий, нахлынувших вскоре на физику элементарных частиц, действительно огромны, и их источники хорошо известны.

Ускорители дождались наконец своего часа. Уже к концу 40-х годов их возможности намного превзошли мечты создателей. Правда, хотя эпоха естественных радиоактивных снарядов ушла в прошлое, принципиальные результаты работ на ускорителях все еще плелись в хвосте у достижений физики космических лучей. Благодаря огромному энергетическому диапазону «дара небес» они позволяли широким фронтом вести поиск всевозможных необычных событий. Поэтому к моменту заполнения 30-частичной таблицы космические лучи оказались в положении фаворита.

Посудите сами, электрон и фотон были открыты с помощью катодных трубок; нейтрон и протон — с помощью радиоактивных элементов; нейтрино открыли, используя ядерный реактор. А вот мю-мезон, пи-мезоны, ка-мезоны, большинство гиперонов обязаны своим появлением исследованиям «космиков» (так называют среди физиков тех, кто занимается космическими лучами). Что могли показать на этой выставке достижений ускорители? Подтверждения результатов, добытых космиками? Но подтверждение, несмотря на всю полезность поговорки «повторение — мать учения», остается всего лишь движением по проторенному пути.