Охотники за частицами

А с группами величин математики уже умеют работать. В том числе и с той группой, что называется группой унитарной симметрии.

Итак, в каждой такой группе восемь величин, восемь разных частиц, связанных тесными родственными отношениями. Какие же это частицы? А это уже можно достаточно определенно установить.

Вот, например, группа мезонов. В ней три пи-мезона и четыре ка-мезона — всего семь. А нужно восемь: того требует восьмеричная группа. И она же предсказывает свойства этого недостающего восьмого мезона: спин нуль, электрического заряда нет, изотопический спин, понятно, тоже нуль, чтобы частица была одна-одинешенька, масса примерно 1100 электронных масс.

И в том же 1961 году, когда было сделано предсказание, экспериментаторы обнаружили этот мезон. Все оказалось так, как предрекли теоретики! Вплоть до величины массы: она оказалась равной 1080 электронным.

Те из ученых, которые приняли вначале мысль Гелл-Манна более чем прохладно, теперь бросились по его пути. В течение последующих двух лет с помощью новооткрытых «резонансов» была построена вторая восьмерка мезонов. Известные же барионы, как видно из рисунка, сами, «без нажима», уложились в восьмерку.

А затем настала очередь «резонансов» с массами, почти в три тысячи раз превышающими массу электрона. К тому времени теоретики выяснили, что в этой группе должно быть уже не восемь, а десять частиц. В изменении этой численности повинен спин: все частицы в этой группе должны иметь спин не половинку, а три вторых.

Кстати говоря, это были первые открытые частицы со спином, превышающим единицу. Частицы в группе должны были расположиться уже не шестигранником, а треугольником. Первый его этаж образовывали четыре дельта-гиперона, второй этаж — три «резонансных» сигма-гиперона (более тяжелые, чем «обычные» сигма-гипероны, они, в отличие от первых, обозначены в таблице переписи цифрами при символе, а тот же символ подчеркивает, что они родственники «обычным» сигма-гиперонам). Третий этаж должны были заселить два кси-гиперона (тоже с номерами, чтобы отличить их от «обычных», более легких родственников), и крышу… а крыша пустовала! Домик резонансных гиперонов, оказывается, стоял недостроенным.

Когда Гелл-Манн в 1962 году начал разбираться в этой «десятке», он сразу обратил внимание на это обстоятельство. И не только обратил внимание, но и попытался рассчитать свойства частицы, которую следовало поселить на крыше. Эта частица, как и ее поселившиеся ниже соседи, должна была оказаться со спином ³/₂. Кроме того, она должна была иметь отрицательный электрический заряд, изотопический спин 0, наподобие найденного ранее эта-мезона с массой 1080 электронных. Но вот масса нового гиперона, который Гелл-Манн окрестил омега-минусом (Ω^–), должна была составлять уже не 1080, а почти 3300 электронных масс!

И, что еще очень важно, эта частица должна была быть не «резонансной», а «настоящей». Ей предсказывалось время существования, обычное для гиперонов, — примерно десятимиллиардные доли секунды.

Но это же означало, что омега-гиперон можно искать! Он за время своей недолгой жизни оставит все же где-нибудь след. Например, в пузырьковой камере, установленной поблизости от места его рождения.

И эксперимент по поимке новой частицы начался. Нелегкий эксперимент. Протоны следовало бомбардировать ка-мезонами, причем очень внушительной энергии — не менее десятка миллиардов электрон-вольт. Ка-мезоны сами по себе редкость, на многие тысячи пи-мезонов они попадаются чуть ли не поштучно. А тут надо было с помощью такой редкости добыть еще большую частицу, которая, несмотря на гигантскую работу физиков, все еще ни разу не показалась им на глаза.

Эксперимент по поимке омега-гиперона длился около года. И, наконец, в начале 1964 года, после просмотра почти ста тысяч фотографий, снятых в пузырьковой камере, на одной из них удалось обнаружить долгожданное уникальное явление. Эта фотография на стр. 247. А рядом с ней — схема, позволяющая разобраться в путанице следов частиц на фотопленке.

…И тузы

Так… Новый пасьянс на сей раз увенчался солидным успехом. Не случайно открытия новой частицы физики ожидали, по словам одного из них, «словно присутствуя в тот момент, когда яблоко падало к ногам Ньютона».

Неужели открытие омега-гиперона имеет такое же значение, как открытие Ньютоном всемирного тяготения, о чем повествует известная легенда о яблоке? Мы далеки от того, чтобы сравнивать эти два события. Но все же открытие предсказанного заранее омега-гиперона составляет эпоху в физике частиц.

Впервые в физике микромира появляется убедительная система новых частиц. Впервые их перепись приобретает очертания законченности, порядка. И это должно сыграть не меньшую роль, чем для химии и физики — открытие Менделеевым периодического закона химических свойств атомов.