Охотники за частицами

Еще немногим более полувека назад и атом был пределом делимости. Потом, повысив энергию, раздробили и его. Неделимый («атом» — по-гречески и означает «неделимый») оказался делимым. И, если бы не языковое неудобство, можно было бы предложить переименовать его в «том». (И получить, например, такие перлы, как «томная энергия» и «том железа»!)

После этого рубеж неделимости пролег по границам ядер. Но и здесь он был в считанные годы преодолен физикой. Тогда его отодвинули на рубеж частиц.

В книге, изданной пять лет назад, я читаю: «Элементарные частицы — это такие тельца, которым пока что нельзя приписать никакой внутренней структуры». Что ж, правильно по тем годам. И, казалось бы, правильно вообще: если припишешь внутреннюю структуру, то изволь признать еще более мелкие частички, из которых и образована эта самая структура!

Все, однако, оказалось не так-то просто. С самого начала выяснилась интереснейшая особенность: частицы превращались друг в друга. Ударили по протону энергичным пи-мезоном, чтобы расколоть протон на кусочки. Он и раскололся — на ламбда-гиперон и ка-мезон. Но можно ли считать их «кусочками» протона? Вряд ли: ламбда-гиперон и массивнее протона и сам распадается, образуя протон. В равной мере и ка-мезон нельзя считать осколком протона.

Хорошо, по весу дробление не проходит. Может быть, оно пройдет по размерам? А что такое размер в атомном мире? Квантовая механика не без оснований лишила частицы такой «расплывчатой» характеристики.

Помните, мы рассказывали, как гамма-фотон пытался высмотреть частицу, чтобы установить, как она движется? Ничего у него не вышло. И выйти не могло: со всякой частицей связана волна де-Бройля, которая размазывает частицу по пространству. Теперь уже не частица с четкими границами, а «облако вероятности» без всяких границ, без всяких определенных размеров.

Так… Частицы не имеют четких размеров. Частицы превращаются друг в друга… Физики постепенно, год за годом, пришли к убеждению, что говорить о дробимости или элементарности частиц совершенно бессмысленно. Но они не оставили надежды узнать о структуре частиц, вкладывая теперь в слово «структура» совершенно иной смысл.

Как частицы испускают кванты своих полей? Как частицы поглощают эти кванты от других частиц? Структура частиц определяет все взаимодействия, в которых они участвуют. Но и сами эти взаимодействия определяют структуру частиц. Получается как бы заколдованный круг!

Да, заколдованный круг, из которого до сегодняшнего дня еще не могут выбраться теоретики. Здесь, видимо, нужен какой-то принципиально новый подход, и тогда из этого круга, возможно, найдется выход.

Пока что экспериментаторы высмотрели… нет, не широкий, ясный выход, а некую узенькую щелочку. И, разумеется, в эту щелочку тут же засунули свой любопытный нос теоретики.

И то, что им удалось разнюхать за самые последние годы, вселило в сердца охотников за частицами большие надежды. Надежды навести какой-то достаточно убедительный порядок в мире частиц. То, что ускользало от физиков год за годом, как будто бы, наконец, удалось схватить.

Таинственные «резонансы»

Но расскажем по порядку. Дело началось тринадцать лет назад. Среди обильных трофеев, которые принесло физикам начало пятидесятых годов, среди всех этих мезонов и гиперонов, обнаружились какие-то весьма странные образования. Частицы? Нет, у тогдашних ученых как-то язык не поворачивался назвать их частицами.

Судите сами. Получил исследователь с помощью ускорителя лавину очень энергичных протонов. Бросил он эту лавину на мишень, помещенную внутри ускорителя и содержащую в своем составе протоны. И полетел во все стороны от мишени сноп новых, только что рожденных частиц. А среди них очень много пи-мезонов.

Отсеял исследователь из этого снопа все частицы, кроме пи-мезонов, и бросил эти пи-мезоны на вторую мишень, тоже содержащую протоны. Как будут сталкиваться пи-мезоны с протонами? Что при этом произойдет?

Что ж, это мы уже знаем: в неуловимо короткий миг встречи пи-мезонов с протонами они дадут жизнь целому ряду новых частиц; среди них — и более массивные ка-мезоны, и гипероны. Пролетят новорожденные частицы через камеру Вильсона или пузырьковую камеру, оставят в ней свои следы, будут с ними в камере разнообразные происшествия. И по этим следам пройдут охотники за частицами, узнают о том, что появились неведомые обитатели заповедного леса.

И всё? Оказывается, нет, не всё. Рождение новой частицы — вещь, конечно, очень приятная, но, что ни говори, редкая. Куда чаще после встречи с протонами пи-мезоны просто лишь меняют направление своего полета — рассеиваются в разные стороны. И нередко, если пи-мезоны обладают достаточной энергией, то возле протонов рождают своих собратьев. В снопе пи-мезонов появляются новые колосья.

Физики, разумеется, заинтересовались этим рассеянием: оно обещало пролить свет на природу сил, которые действуют между пи-мезонами и протонами при их сближении. Эти силы, как мы уже говорили, самые сильные силы на свете.

Они-то и обеспечивают колоссальную прочность атомных ядер.