КЭД – странная теория света и вещества

Так как мюон примерно в 200 раз тяжелее электрона, «стрелка часов» для мюона вращается в 200 раз быстрее, чем для электрона. Это позволило нам проверить, продолжает ли квантовая электродинамика соответствовать эксперименту на расстояниях, в 200 раз меньших, чем те, на которых мы могли проверить ее до сих пор. Хотя эти расстояния все еще более чем в 1080 раз превосходят такие, на которых теорию подстерегают неприятности из-за бесконечностей (см. сноску на с. 146).

Рис. 90. У W-бозона имеется амплитуда излучения мюона вместо электрона. В этом случае место электронного нейтрино занимает мюонное нейтрино.

Мы уже знаем, что электрон может взаимодействовать с W-бозоном (см. рис. 85). При превращении d-кварка в u-кварк с испусканием W-бозона может ли W-бозон взаимодействовать с мюоном вместо электрона? Да (см. рис. 90). А антинейтрино? Если W-бозон взаимодействует с мюоном, частица, которая называется мюонным нейтрино, занимает место обычного нейтрино (которое мы теперь будем называть электронным нейтрино). Поэтому теперь в нашей таблице частиц вслед за электроном и нейтрино появляются две дополнительные частицы: мюон и мюонное нейтрино.

А кварки? Уже очень давно известны частицы, которые должны состоять из более тяжелых кварков, чем u и d. Поэтому в список фундаментальных частиц был включен третий кварк, названный s-кварком (от strange – странный). Масса s-кварка равна примерно 200 МэВ (сравните с 10 МэВ в случае и– и d-кварков).

Много лет мы считали, что у кварков есть только три «аромата» – и, d и s, но в 1974 г. была открыта новая частица, названная пси-мезоном, которую не удалось составить из этих трех кварков. Имелся очень хороший теоретический аргумент, что должен существовать четвертый кварк, взаимодействующий с s-кварком при участии W-бозона так же, как u-кварк взаимодействует с d-кварком (см. рис. 91). «Аромат» этого кварка называется с, и у меня не хватит смелости объяснить, что означает с, но, возможно, вы читали об этом[32]. Названия становятся все хуже и хуже!

Рис. 91. Природа как бы повторяет частицы со спином 1/2. Кроме мюона и мю-нейтрино, имеются два новых кварка – s и e – с такими же зарядами, но массами большими, чем у их двойников в следующем столбце.

Рис. 92. Итак, продолжаем! При еще более высоких энергиях началось новое повторение частиц со спином 1/2. Оно станет полным, если будет открыта частица со свойствами, означающими существование кварка нового аромата. Тем временем ведется подготовка к поискам нового повторения при еще более высоких энергиях. Что вызывает эти повторения – совершенно неизвестно.

Это появление частиц с повторяющимися свойствами, но с возрастающими массами – совершенно таинственно. Что значит это странное дублирование образцов? Как сказал профессор Исидор Раби, когда был открыт мюон: «Кто заказал это?»

В последнее время началось новое повторение списка. По мере перехода ко все более высоким энергиям начинает казаться, что Природа продолжает нагромождать эти частицы как бы с целью нас одурманить. Я должен рассказать вам о них, так как я хочу, чтобы вы увидели, каким сложным в действительности выглядит мир. Я ввел бы вас в заблуждение, создав впечатление, что если 99 % явлений в мире можно объяснить при помощи электронов и фотонов, то оставшийся 1 % явлений потребует только 1 % дополнительных частиц! На самом деле чтобы объяснить этот оставшийся 1 %, нам потребуется в десять или в двадцать раз больше дополнительных частиц.

Итак, продолжаем: при экспериментах с еще большими энергиями был обнаружен еще более тяжелый электрон, названный «тау», с массой порядка 1800 МэВ, как у двух протонов! Было сделано предположение о существовании тау-нейтрино. Кроме того, была обнаружена забавная частица, предполагающая существование кварка нового «аромата» – на сей раз это b-кварк (от beauty – прелесть), его заряд равен –⅓ (см. рис. 92). Теперь я предлагаю вам стать на мгновение первоклассными физиками-теоретиками и сделать одно предсказание: будет открыт новый аромат кварков, называемый___-кварком (от «___»), с зарядом ___и массой___МэВ, – мы, конечно, надеемся, что он действительно есть![33]