Кварки, протоны, Вселенная

Скептик может сказать, что рассуждать о свойствах частицы, которую никто не видел,— это все равно, что делить шкуру неубитого медведя. Но не будем торопиться. Вспомним про электрон, размеры которого очень малы, благодаря ему с его помощью можно исследовать самые мелкие детали глубоко внутри протона. Если бы протон представлял собой единую, монолитную систему, то величина импульса столкнувшегося с ним и отскочившего в обратном направлении электрона давала бы нам сведения о скорости протона как целого. Но что получится, если протон состоит из отдельных частиц? Совсем другая картина: каждый раз электрон будет отскакивать от какой-то одной из них. И по характеру этих отскоков мы как раз и могли бы судить о распределении входящих в состав нуклона частиц, об их скоростях и других свойствах.

Похоже на радиолокацию, не правда ли? При слежении за летящим самолетом отраженный луч дает оператору сведения о его размерах и скорости, точь-в-точь как в опытах с рассеянием электронов на монолитном нуклоне! На экране локатора видна яркая светящаяся точка. Если же самолет будет поражен ракетой и разлетится на осколки, каждый из них отразит свой луч, к оператору придет целый набор лучей, и он увидит на экране размазанное световое пятно. Если же осколки разлетятся далеко друг от друга, на экране возникнет группа светящихся точек.

Так вот, электроны отскакивают от протона так, будто это целый рой отдельных частичек. Такой же результат дают опыты с рассеянием нейтрино на протонах и нейтронах. Анализ экспериментов показывает, что размеры частиц, рассеивающих электроны и нейтрино, по крайней мере раз в 10 меньше радиуса протона и что их свойства в точности совпадают с тем, что предсказывает теория кварков.

Тут сразу же, конечно, возникает вопрос, почему же тогда не удается обнаружить свободные кварки, не связанные в пары и тройки. Может, опыты недостаточно точны?

Нет, дело не в этом. Опыты повторялись много раз и в разных лабораториях. И все они были выполнены с высокой точностью. И тем не менее всякий раз результат был отрицателен: кварк оставался неуловимым! Создается впечатление, что мы видим туманные контуры чего-то совершенно непохожего на все, с чем мы до сих пор имели дело, и любая попытка описать это «нечто» на языке привычных представлений сразу же приводит к противоречиям. Американский физик Алекс Пановский, который первым обнаружил зернистое строение протонов, как-то заметил: природа, видимо, старается показать нам что-то очень простое, чего, однако, никто не видит...

В начале нашего века, анализируя философские, проблемы, которые выдвинуло развитие физики, В. И. Ленин высказал знаменитую мысль о неисчерпаемости электрона. Развитие науки подтвердило этот вывод, причем и философам, и физикам стало ясно, что под неисчерпаемостью следует понимать не только чисто механическую делимость, когда каждая часть состоит из еще более мелких частей. «Более глубокое» — это не всегда «меньше по размеру». На каждой ступени лестницы, ведущей в недра материи, мы находим множество новых свойств и новых физических объектов. Для их объяснения нам приходится спускаться на следующую ступень, и этот процесс углубления может быть бесконечным. Может, однако, случиться и так, что, изучая микромир, мы будем встречаться со все большей и большей энергией, и круг, так сказать, замкнется: в микромире мы снова встретимся с объектами и явлениями макроскопического порядка. Вот что такое истинная неисчерпаемость, понимаемая широко и в философском, и в физическом смысле.

Скорее всего, дело именно так и обстоит. Как подсказывает нам теория относительности, пространственно-временные масштабы микромира могут «переворачиваться», подобно песочным часам, и то, что было очень большим, может стать очень малым, а что было очень малым, наоборот, очень большим. Не будет чрезмерным преувеличением сказать, что в недрах элементарных частиц природа спрятала еще одни ворота в космос. Может быть, даже главные!

Это очень сложный вопрос. Мы вернемся к нему после того, как подробнее познакомимся с другими необычными свойствами микроявлений и разберемся в причинах неуловимости кварков.

ГЛАВА ТРЕТЬЯ.

В ней говорится о том, что находится за порогом неизвестного: об универсальном конструкторе, об анатомии кварка, о таинственных хиггсонах и других вещах, которые обсуждают теоретики, но никогда еще не видели экспериментаторы

По преданию, великий древнегреческий ученый Архимед открыл свой знаменитый закон, купаясь в ванне. Погруженное в жидкость тело теряет в своем весе ровно столько, сколько весит вытесненная им жидкость. Сегодня об этом знает каждый школьник. Так вот, при взаимодействии частиц происходит нечто похожее. Частицы оказываются погруженными в силовое поле, в своеобразную силовую ванну, и их массы уменьшаются — частицы становятся легче. Излишняя масса в виде излучения выплескивается в окружающее пространство. То же самое происходит при слиянии атомных ядер — здесь «брызги энергии» разлетаются во все стороны в виде быстро движущихся частиц и электромагнитных волн.