Квантовый возраст

Немного истории. Как мы знаем, Беккерель открыл радиактивность солей урана еще в прошлом веке, в конце. Затем Резерфорд и супруги Кюри установили, что радиоактивное излучение состоит из трех видов: альфа-лучей (ядра атомов гелия), гамма-лучей (поток фотонов) и бета-лучей (поток электронов). Самыми непослушными оказались бета-лучи. При помещении радиоактивного источника в магнитное поле альфа- и гамма-лучи вели себя как полагается (альфа-лучи отклонялись всегда на один и тот же угол), фотоны магнитного поля не чувствовали, а бета-лучи при одном и том же магнитном поле отклонялись на самые разные углы, целый диапазон значений, т. е. каждый раз имели различные энергии, а не единственную, полагающуюся для непременного соблюдения закона сохранения энергии. Получалось, что с явлением бета-излучения нарушался самый главный закон природы.

Загадка бета-излучения оставалась нерешенной вплоть до начала 30-х годов. В 1931 г. Паули выдвинул совершенно необычную гипотезу, предположив, что бета-лучи, кроме электронов, состоят еще из неуловимых частиц, не имеющих заряда и почти не имеющих массу. Энергия этих загадочных частиц должна была подстраиваться к энергии электронов каждый раз так, чтобы их суммарная энергия всегда оставалась одной и той же, такой, чтобы не нарушался закон сохранения энергии.

Идея Паули о чудных частицах ни у кого не получила одобрения, да и сам Паули не очень на ней настаивал. Лишь после открытия нейтрона Паули вновь вернулся к своей идее и предположил, что за бета-радиоактивность ответствен распад нейтронов ядра на протоны, электроны и те самые частицы без заряда и без массы. С этой гипотезой он выступил на Сольвеевском конгрессе 1933 г. Вскоре Энрико Ферми построил феноменологическую теорию бета-распада. Он же, в чисто итальянском духе, назвал частицу Паули нейтрино. Нельзя судить великих, но мне всегда казалось, что Ферми поступил несправедливо, мог бы назвать эту частицу и «паулино». Казалось, загадка бета-излучения была решена. Но то, что эта загадка останется на многие годы, ни Ферми, ни кто другой не предполагал, и это нисколько не помешало созданию реакторов и атомных бомб, где бета-распад — непременное звено.

Теория слабых взаимодействий была сформулирована окончательно к 1971 г. Самым существенным в ней было то, что она не только описывала слабые взаимодействия и предсказывала существование массивных частиц (с указанием массы) — переносчиков этого взаимодействия, но содержала в себе теорию электромагнитного взаимодействия. Обмен W-бозонами, как уже отмечалось, происходит на расстояниях порядка 10^–16 см. На таких расстояниях масса W-бозонов уже не существенна, а потенциал взаимодействия похож на потенциал взаимодействия электрических зарядов. Теперь промежуточные векторные бозоны и фотоны оказались равноправными переносчиками уже электрослабого взаимодействия. Окажись эта теория верной, можно было бы торжествовать по поводу того, что сделан важный шаг на пути к объединению различных сил природы. В 1979 г. Глэшоу, Вайнберг и Салам разделили Нобелевскую премию за разработку электрослабой теории. И хотя косвенные (но очень важные!) доказательства правильности электрослабой теории к этому времени уже появились, в связи с премией возникла шутка: а вернут ли лауреаты деньги, если не будут обнаружены промежуточные векторные бозоны?

В марте 1983 г. вышла в печати коротенькая статья, в аннотации которой было сказано, что «как геометрия, так и число событий находятся в соответствии с предсказанным в процессе p + p→W^± + нечто, с W→e + ν, где W^± — заряженный промежуточный векторный бозон, постулированный в объединенной электрослабой теории». Число авторов этой статьи 59, и над фамилией каждого стоит маленькая буква, означающая принадлежность автора к той или иной лаборатории мира. Эксперимент проводился в ЦЕРНе, на протонном суперсинхротроне.

Летом того же 1983 г. на том же синхротроне были получены Z⁰-бозоны. Число авторов этого сообщения выросло до 138.

Промежуточные векторные бозоны были обнаружены. Массы их в точности совпали с предсказанными в электрослабой теории. Это был истинный триумф.

Число фундаментальных взаимодействий свелось к трем: гравитационное, сильное и электрослабое. Что же дальше?