Охотники за частицами

Далековата аналогия! Но сходства — даже пусть внешнего — оказалось «неизобретательным» физикам достаточным. Так и родилось на свет «нелепое» словосочетание — изотопический спин.

Впрочем, впереди нас ожидают совсем странные понятия!

О странных вещах

Никак мы не отойдем от нашей таблицы. Держит она нас на привязи!

А без нее нельзя. Она тот самый фонарик, в котором вместо батарейки работает фантазия физиков. Фонарик, с помощью которого приходится физикам пробираться в густейшем тумане. И нам по их стопам.

Теперь нас заинтересует столбец таблицы, озаглавленный очень занятно: «странность». Ну, не странно ли в самом деле? Каким неведомым путем попало это слово в обиход физики, такой точной в своих выражениях?

Что же может заслуживать такого названия в том мире, где все по меньшей мере весьма странно? Оказывается, и в этом мире творятся сверхстранные дела.

…Налетел энергичный протон на протон — возник обильный поток пи-мезонов. Полетели мезоны из ускорителя, влетели в пузырьковую камеру, где их поджидали другие протоны, — и начали рождаться новые частицы. Побежали на фотопленке цепочки следов ка-мезонов и гиперонов.

Но решительно во всех случаях гипероны рождались только с ка-мезонами. Ни одна попытка родить их порознь не увенчалась успехом.

Физиков, конечно, заинтересовало: почему эти частицы не могут жить друг без друга? Ведь на рождение одного ка-мезона или одного гиперона порознь нужно затратить куда меньшую энергию, чем на их совместное рождение. Уж кто-кто, а экономная природа немедленно воспользовалась бы такой возможностью.

Если же этого нет, то ответ может быть только один: природа наложила запрет!

В те же годы было отмечено и еще одно любопытное явление. Образование пар из гиперонов и ка-мезонов происходило чрезвычайно быстро. Это не удивительно: взаимодействие налетающих пи-мезонов с протонами было типично ядерным, сильным. А как мы уже видели, для такого взаимодействия характерны времена порядка 10^–23 секунды.

Казалось бы, новорожденные частицы, раз им суждено гибнуть, должны совершить это столь же быстро, как они появились на свет. Ничего подобного: новорожденные жили в триллионы раз дольше, чем им полагалось по закону сильных взаимодействий.

Странные вещи, заключили физики, раздосадованные непонятными запретами, которые природа наложила на одиночное рождение и быстрый распад ка-мезонов и гиперонов. Странные они частицы!

И перенесли этот эпитет на величину, которую придумали, надеясь понять столь удивительное поведение частиц. А само поведение частиц подчинили запрету, который назвали «закон сохранения странности».

Посмотрите в таблицу. У родителей старых частиц — пи-мезонов и протонов — странности равны нулю. А вот у детей — скажем, ка-нуль-мезона и ламбда-гиперона — странности уже отличны от нуля. Но сумма их по-прежнему равна нулю. В результате общая странность всех частиц при рождении не меняется, оно разрешено и идет быстрым ходом.

А вот одиночное рождение этих частиц состояться не может: странность при этом не сохраняется. Как бы цивилизованный человек ни был голоден, он не набросится на еду, не вымыв рук. Над инстинктом властвует более сильный рефлекс.

Так же, очевидно, поступает и природа в нашем случае. Она не набрасывается на более доступное по энергии одиночное рождение странных частиц. Но почему она «моет руки», никто этого сегодня еще понять не может.

Впрочем, с самого начала было ясно, что из странного закона есть не менее странное исключение. Природа словно сквозь пальцы смотрела, как всеразрушающее слабое взаимодействие разваливало странные частицы, причем поодиночке. Как будто она была не в силах помешать этому развалу и могла только попридержать его.

Что же, закон сохранения странности нарушается при слабых взаимодействиях, меланхолично заметили ученые. Ничего другого нельзя было ожидать от странных частиц! В них бездна загадок, мало ли какие еще странности они обнаружат!

Загадка «тау-тета»

И обнаружили — не заставили себя долго ждать. Но справедливости ради надо заметить, что первую скрипку в этом деле все-таки играли не они, а еще более «странные» слабые взаимодействия.

Мы их назвали всеразрушающими. Действительно, они, как загадочная болезнь, поражают почти всех обитателей мира частиц — от легоньких мезонов до солидных гиперонов. По сравнению с «молниеносными» ядерными и «телеграфными» электромагнитными взаимодействиями эти совсем неспешны.

Но они подтачивают жизнь своих жертв так же медленно и неотвратимо, как вода точит камень. От них не защититься даже за высочайшими ядерными стенами. Они и там настигают нейтроны. И в результате из ядер льется поток электронов, нейтрино и их античастиц.

Каждая жертва слабого взаимодействия умирает по-своему. Легкие частицы выбрасывают из себя мю-мезоны, электроны, нейтрино. Гипероны превращаются в протоны, нейтроны, пи-мезоны. Но всегда эта картина смерти и рождения выглядит одинаково.