Гений. Жизнь и наука Ричарда Фейнмана

В ходе работы с данными он вывел удивительную закономерность — феномен, который назвал скейлингом — масштабной инвариантностью[165]. Независимо от величины импульса и энергий процесса рассеяния электронов данные выглядели одинаково. Бьоркен не нашел, как это интерпретировать. У него возникло несколько догадок, которые он описал языком современной алгебры. Когда Фейнман прибыл в Стэнфорд, Джеймс был в отъезде. Увидев график, составленный Бьоркеном, и не зная, для чего он предназначен, Фейнман понял его смысл и продолжил расчеты. Это заняло у него весь вечер. Оказалось, график иллюстрировал его собственную теорию блинчиков, которой он посвятил все лето.

Фейнман решил «замести под ковер» не поддающийся исчислению кишащий рой протоновых фрагментов, предположив существование таинственной новой частицы, которую назвал партоном (не мудрствуя лукаво, он образовал название частицы от слова part — часть). Так в «Оксфордском словаре английского языка» наконец появилось придуманное им слово. Фейнман сделал лишь два предположения о природе партонов: это точечные частицы, и между ними не происходит какого-либо значительного взаимодействия: они просто свободно плавают внутри протона. Это была всего лишь абстракция, не поддающееся наблюдению понятие, а физики старались без особой необходимости к таким понятиям не прибегать. Но партоны на удивление легко визуализировались. Они оказались теми самыми крючками, на которые без труда крепилась прежняя теория поля, где все было понятно и управляемо — теория с волновыми функциями и легко высчитываемыми амплитудами вероятностей. Нашлась аналогия и в квантовой электродинамике: здесь тоже были свои партоны — «голые» электроны и фотоны.

Фейнман показал, что столкновение с этими твердыми «кусочками» внутри протона совершенно естественным образом и приводит к масштабной инвариантности (о чем и говорил Бьоркен), в отличие от столкновений с полновесными целыми протонами. Он предпочел не определять, каким квантовым числом они обладают, и решил ни в коем случае не переживать из-за того, окажутся ли его партоны и кварки Гелл-Манна и Цвейга с дробным зарядом одной и той же частицей.

К возвращению Бьоркена теория групп уже кишела партонами. Фейнман осадил его расспросами. Бьоркен боготворил Фейнмана еще со студенческой скамьи, со времен старого курса квантовой электродинамики в Стэнфорде. «Когда появились фейнмановские диаграммы, — вспоминал он, — это было как солнце, пробивающееся сквозь тучи, — с радугами и горшочком золота. Блестяще! Глубокое физическое объяснение!» А теперь сам Фейнман во плоти стоял перед ним и объяснял ему его же теорию — только новым языком, используя новые визуальные образы. Бьоркен сразу понял, что Фейнману удалось разгадать загадку, мысленно поместив себя внутрь электрона и таким образом увидев то, что видит электрон, движущийся со скоростью света, — летящие ему навстречу протоны, которые сплющились до блинчиков в силу релятивизма. Релятивизм замедлил их внутреннее время, по сути — и с точки зрения электрона — заморозив протоны и сделав их неподвижными. Хаотичное взаимодействие электрона с океаном разных частиц в теории Фейнмана представало гораздо более простым взаимодействием электрона с единственной точечной частицей, которую он выделил в этом океане, — партоном. Прямым следствием такой физической картины и был скейлинг Бьоркена. Экспериментаторы моментально воспользовались этой моделью, объяснявшей их данные.

Партонная модель была чрезмерным упрощением. Она не объясняла ничего, что не смог бы объяснить Бьоркен, но при этом объяснение Бьоркена казалось не таким всеобъемлющим. Партоны были понятием весьма абстрактным; рассказать о них без бурной жестикуляции не представлялось возможным. Но физики ухватились за партонную модель как за спасательный круг. Через три года Фейнман опубликовал официальное исследование, но понадобилось еще много лет, прежде чем в научных кругах пришли к окончательному и решительному пониманию, что партоны и кварки — одна и та же частица.