Охотники за частицами

Эта аналогия не случайна. Еще до Менделеева делались попытки свести в какую-то систему свойства химических элементов. Один из химиков того времени нащупал тройки близких по свойствам элементов, например тройку из лития, натрия и калия (только спустя много лет выяснилось, что на самом деле это не тройка, а шестерка: к ней добавились еще три более тяжелых химических элемента). Другой расположил элементы по восьмеркам так, что в следующей восьмерке элементы повторяли химические свойства предыдущей. Это уже было ближе к истине. И лишь гениальная догадка Менделеева свела воедино эти разрозненные попытки в замечательную систему.

В современной физике частиц наблюдается нечто подобное. Сначала единицы, двойки и тройки изотопических мультиплетов. Затем восьмерки и десятки супер-мультиплетов. Что же последует дальше?

Не надо придавать особого значения «магии» чисел. Из того, что восемь — ключевое число периодической системы химических элементов (восемь типов валентности), вовсе не следует, что оно столь же «магическое» число и в мире частиц.

Разные миры — разные законы.

Объяснить химическое значение восьмерки смогла квантовая механика. Именно она доказала, что на самой внешней электронной оболочке атома не может быть более восьми электронов. А эти-то электроны и ответственны за химическое поведение атомов.

В мире частиц квантовой механике приходится куда труднее. Здесь, видимо, совсем иные закономерности, нежели в мире атомов. Здесь она, как правило, вынуждена не решать проблемы в лоб, а прибегать к обходным маневрам. Один из таких маневров — обращение ее к группам унитарной симметрии.

Да уже и не к одной группе третьего порядка. Совсем недавно, в 1964 году, трое физиков-теоретиков — Гюрши, Паис и Сакита — предложили «дополнить» группу третьего порядка «обыкновенным» спином частиц — тем самым, что приведен у нас в переписи. Группу пришлось расширить — теперь она стала группой унитарной симметрии шестого порядка.

Одно время высказывались опасения, что эта группа не пролезет в физический «рай» сквозь те узенькие врата, о которых мы уже упоминали в главе, посвященной позитрону. Эти врата — требование релятивистской инвариантности. Не думайте, что те математические постройки, которые сегодня возводят физики, автоматически застрахованы от неудачи! Нет — на каждом шагу их нужно проверять. И только буквально несколько месяцев назад ученые облегченно вздохнули: удалось доказать, что эта группа проходит сквозь врата инвариантности.

Порядок выше — группа многочисленнее. Группа шестого порядка включает уже 35 мезонов и 56 барионов. Ряд предсказываемых ею частиц еще не открыт, но за ними сейчас ведется энергичная охота. Возрастание порядка группы — это, если можно так выразиться, больший порядок в мыслях и представлениях физиков о мире сверхмалых частиц.

Изотопический и «обычный» спины, унитарная симметрия — и в итоге почти что сотня частиц. Из какого же семени разросся этот многоцветный букет частиц? Есть ли среди них основные, фундаментальные частицы, частицы-производители, родившие все остальные в результате тонкой и сложной игры сильных, электромагнитных, слабых и гравитационных взаимодействий?

Примерно десять лет назад японский физик Саката высказал мысль: такие фундаментальные частицы есть. И назвал их: протон, нейтрон и ламбда-гиперон. Они по многим причинам подходили на эту роль. И особенно, казалось, эта мысль и этот выбор исходных частиц подтверждаются с открытием и изучением слабых взаимодействий в последующие годы.

Но вот незадача: из этой тройки частиц должны были возникать группы, состоящие из 6 и 15 частиц. А такие группы на опыте никак не удавалось обнаружить.

Поэтому физики отложили гипотезу Сакаты, тем более что потом ее заслонили группы из восьмерок и десятки частиц. Но история повторяется.

В последнее время снова большое место в мыслях физиков заняла гипотеза о фундаментальных частицах — трех китах, на которых стоит микромир. Но это уже не те частицы, которые предлагал Саката. Среди известных частиц этих нет.

Авторы новой гипотезы Гелл-Манн и Цвейг называют эти частицы по-разному: один — «кварками», другой — «тузами». Ну, вот, теперь в пасьянсе появляются и тузы, «карточная колода» частиц, кажется, приобретает законченный вид.

«Тузы» воистину удивительны — не массой, не спином, а другими признаками. Оказывается, такие величины, как барионный заряд и странность, для них должны быть дробными! Что ж, может сказать читатель, этому дивиться бы не стоило: обе упомянутые величины введены физиками чисто условно, за ними нет наглядного физического смысла.

Ладно, допустим, что читателя не удивит вытекающее отсюда и из закона сохранения барионного заряда, скажем, такое положение: «в каждом взаимодействии должна сохраняться треть туза!» Но можно надеяться, что у него все же вызовет изумление такое свойство «туза»: его электрический заряд тоже должен быть дробным, составляя ²/₃ или ¹/₃ от заряда электрона.