Дао физики

Новое в теории S-матрицы то, что она переносит акценты с объектов на события. Предмет ее интереса составляют не сами частицы, а взаимодействия между ними. Такое смещение акцентов вытекает из положений и квантовой теории, и теории относительности. Квантовая теория утверждает, что субатомная частица может рассматриваться только как проявление взаимодействия между различными процессами измерения. Это не самостоятельный объект, а своего рода событие, которое особым образом связано с другими событиями. Вернер Гейзенберг утверждал, что современная физика делит мир на группы не объектов, а взаимосвязей. Последние и определяют каждое явление. Мир предстает как сложная ткань событий, в которой взаимодействия могут чередоваться, накладываться или объединяться, определяя тем самым строение целого[232].

А теория относительности заставляет нас говорить о частицах в категориях пространства-времени, понимая их как четырехмерные паттерны, скорее процессы, а не объекты. S-матричный подход объединяет обе точки зрения. Используя четырехмерный математический аппарат теории относительности, S-матричная теория описывает все свойства адронов в терминах реакций (точнее, вероятностей реакций), устанавливая тесную взаимосвязь между частицами и процессами. В каждой реакции участвуют различные частицы, которые связывают ее с остальными реакциями, формируя единую сеть процессов.

Нейтрон, например, может участвовать в двух последовательных реакциях, включающих различные частицы: в первой, скажем, протон и π^—, во второй — Σ^— и К⁺. Таким образом, нейтрон оказывается звеном, соединяющим две реакции в рамках более масштабного процесса (рис. 61).

Рис. 61. Диаграмма (а): соединение реакций

Каждая из «входных» и «выходных» частиц в этом процессе может участвовать и в других реакциях. Так, протон может возникнуть благодаря взаимодействию К⁺ и Λ (рис. 62). К⁺ в исходной реакции может быть связан с К^— и π⁰, а π^— — с еще тремя пионами (рис. 63).

Рис. 62. Диаграмма (b): возникновение протона

Рис. 63. Взаимные связи частиц

В результате исходный нейтрон оказывается частью сети взаимодействий, «сети переплетения событий», которые могут быть описаны с помощью S-матрицы. Взаимодействия внутри сети не могут быть определены точно, только вероятностно. Для каждой реакции характерна определенная вероятность, зависящая от энергии и других параметров реакции, и все вероятности определяются различными элементами S-матрицы.

При таком подходе мы можем дать динамическое описание структуры адрона.

Нейтрон в этой сети, например, может рассматриваться как связующее состояние протона и π^—, из которых он образовался, а также связующее состояние Σ^— и К⁺, которые образуются в результате его распада. Каждое из этих двух сочетаний адронов, как и многие другие, может образовать нейтрон, а следовательно, они могут быть названы компонентами нейтронной «структуры». Структура адрона понимается здесь не как некое соединение частей, а как набор разных частиц, которые могут участвовать в образовании адрона. Например, протон потенциально существует в качестве пары нейтрон-пион, каон-лямбда и т. д. Протон способен преобразовываться в любое сочетание этих частиц при наличии достаточного количества энергии. Склонность адрона к существованию в различных проявлениях выражается вероятностями соответствующих реакций, каждая из которых может рассматриваться как отдельный аспект внутренней структуры адрона.

Определяя структуру адрона как его возможность вступать в различные взаимодействия, теория S-матрицы придает понятию структуры динамический характер. Такая трактовка согласуется с экспериментальными данными. В ходе высокоэнергетических столкновений адроны всегда преобразуются в комбинации других адронов, поэтому можно утверждать, что они потенциально «состоят» из этих сочетаний. Каждая из образующихся при этом частиц будет подвергаться дальнейшим преобразованиям, создавая целую сеть событий, которую можно запечатлеть с помощью пузырьковой камеры. Примеры таких цепочек реакций изображены на рис. 64 и в главе 15.

Рис. 64. Сеть реакций с участием протонов, антипротонов, пары лямбда-антилямбда и нескольких пионов