Неизбежность странного мира

Пожалуй, старожил улыбнется про себя, он припомнит, как Ильф и Петров в свое время заметили, что на Востоке обязательно рассказывают легенды о несчастных красавицах, которых ревнивые деспоты швыряли в горные озера с прибрежных скал. Возвышенные кочующие легенды для романтического объяснения местных названий… А тут — проза науки, пот, годы однообразного труда, черное озеро без красивых легенд. Но, может быть, старожилу подумается, что всякое время творит свои предания? Что же касается романтичности их, то еще не известно, что предпочтительней.

Как ни бегл будет рассказ старожила, начать ему придется издалека: с возникновения самого слова мезон. Оно появилось в науке о микромире незадолго до войны.

В 1935 году молодой японский теоретик Хидэки Юкава, как очень многие теоретики в ту пору, был поглощен размышлениями над природой ядерных сил. Всего тремя годами раньше было надежно установлено, что атомные ядра построены из протонов и нейтронов — одинаково массивных частиц, почти в две тысячи раз более тяжелых, чем электроны. Но оставалось совершенно непонятным, какими силами удерживаются эти частицы вместе, образуя ни с чем не сравнимую по прочности упаковку атомных ядер.

Может быть, все объясняется силами тяготения? Нет, они слишком малы. Надобно число с 38 нулями, чтобы показать, во сколько раз эти силы слабее тех, что связывают протоны и нейтроны в ядрах.

Может быть, все объясняется электромагнитными силами? Нет, это явная нелепость: все протоны одинаково заряжены и не притягиваются взаимно, а отталкиваются друг от друга. У нейтронов же вообще нет электрического заряда: они нейтральны. Правда, ядерные частицы обоих видов — крошечные магнитики, но и силы магнитного притяжения в 100 раз слабее тех, с какими столкнулись физики, когда захотели разрушить связи протонов и нейтронов в ядре.

Стало ясно: существуют какие-то особые силы ядерного взаимодействия. Их особенность прежде всего в том, что они огромны по сравнению со всем, что было прежде известно физикам, но действуют на очень маленьких расстояниях — таких ничтожных, что они, эти силы, совсем иссякают в ближайших окрестностях ядер. Юкава размышлял над вопросом: как же осуществляются взаимодействия ядерных частиц?

Но еще годом раньше этот вопрос заставил подолгу засиживаться за рабочим столом московского теоретика Игоря Евгеньевича Тамма. Его живая мысль, такая же легкая на подъем, как и он сам, известный альпинист и путешественник, всегда влекла его туда, где еще мало кто хаживал и где торных дорог еще никто не нашел.

Едва в 1932 году был открыт нейтрон, как И. Е. Тамм понял, что наконец-то открыта частица, которая вместе с протоном создает все атомные ядра. Это же понял и другой наш физик, Д. Д. Иваненко. Скоро стало известно, что нейтрон не очень живуч: он превращается в протон, электрон и ту третью крошечную частичку, которую «выдумал» Вольфганг Паули для объяснения бета-распада и которую Энрико Ферми нежно назвал нейтрончиком, нейтрино. Эти новые сведения, пришедшие от экспериментаторов, заставили теоретика Тамма подумать: «А не возникают ли могучие непонятные ядерные силы оттого, что между ядерными частицами все время происходит обмен электронами и нейтрино?»

Идея такого странного взаимодействия была новой и неожиданной. Тамм принялся считать. (Теоретики обязательно набрасывают математические портреты своих физических идей мало кому доступными закорючками на бумаге — они «абстракционисты поневоле».) Взаимодействие с помощью обмена электронами и нейтрино получалось сильным. Но все таки недостаточно сильным!

Однако трасса нового пути была проложена.

Через год идеи московского теоретика откликнулись громким эхом на японских «островах. Хидэки Юкава пошел вслед за Таммом. Ход его мысли был прост. «Да, очевидно, Тамм прав — необычайные ядерные силы возникают благодаря необычному механизму, но столь же очевидно, что протоны и нейтроны обмениваются и связываются какими-то другими частицами, а не электронами и нейтрино». Двадцативосьмилетний японский теоретик рассуждал как сын своего века, когда стал искать нужные для теории частицы. Он вспомнил Эйнштейна, который тридцать лет назад первым принял всерьез кванты Планка — поверил в их физическую реальность.

Юкава представил себе, что протоны и нейтроны окружены неизвестным силовым полем точно так же, как движущиеся заряды окружены полем электромагнитных сил. Конечно, эти ядерные поля своеобразны — могучи и как бы «резко ограничены» в пространстве. Но почему бы не допустить, что и на них распространяются квантовые представления Эйнштейна?

Фотоны — кванты энергии электромагнитного поля. Иными словами, порции материи этих полей. Наверное, и ядерная энергия существует в виде порций — квантов ядерного силового поля, в виде микрокентавров, которых можно было бы назвать «ядронами». И, как фотоны, эти кванты тоже совершенно реальны. Вот и все! Они-то, вероятно, и есть те частицы, которыми перебрасываются и связываются протоны и нейтроны. Этими ядерными квантами надо заменить в схеме Тамма слишком «слабые» электрон и нейтрино.