Охотники за частицами

Из этого было сделано заключение, что в нейтроне есть электрические заряды, но компенсирующие друг друга. Примерно так, как в атоме. Атом тоже в целом нейтрален, а между тем в нем живут и «плюсовые» ядра и «минусовые» электроны.

Начнем с левой карты обследования. Вся кривая идет выше нуля. Значит, в протоне весь заряд положительный. Он довольно резко обрывается примерно при 2 ферми^[3]. Поэтому можно считать, что на расстоянии 2 ферми от центра пролегает довольно отчетливая граница протона.

Из правой карты для нейтрона видно, что у него распределение заряда гораздо сложнее. В самом центре располагается крошечная область положительного заряда, затем идет узенькая область отрицательного, потом опять положительного и, наконец, у наружного края снова отрицательная область, причем заряд в ней уменьшается гораздо более плавно, чем у протона. Граница же нейтрона пролегает при тех же 2 ферми.

Первый вопрос: а из чего, собственно, состоят эти заряды? Носителя положительного заряда меньше позитрона, а отрицательного — меньше электрона физика пока не знает. Да если бы и знала (помните «тузы»?), то это не помогло бы в данном случае: «тузы» куда массивнее протона и нейтрона! Выходит, в протоне есть позитроны, а в нейтроне еще и электроны? Никоим образом. Зададим встречный вопрос.

Протон обменивается с нейтроном и обратно — нейтрон с протоном — пи-мезонами. А если возле протона нет нейтрона? Выходит, нет обмена? Протон перестанет «выделять» пи-мезоны? Стоит появиться нейтрону, и начнется выделение? Разумеется, нет. Разведка протона все время в боевой готовности. Иначе протон и «не узнáет» о появлении нейтрона.

Эта боевая готовность заключается в том, что протон все время испускает и поглощает обратно свои же пи-мезоны. Однако поскольку такой процесс виртуален, он должен заканчиваться «молниеносно» — за время порядка 10^–23 секунды. Мы уже об этом не раз говорили.

Протон может каждый раз испускать и по одному пи-мезону, и целые разведывательные отряды из двух, трех и более пи-мезонов, и вообще даже целые «резонансные» частицы. Лишь чем многочисленнее отряд, чем массивнее он или частица, тем быстрее они должны вернуться обратно, тем более близкие окрестности к центру протона они прощупывают. Одиночные же разведчики пи-мезоны могут уйти, и это мы видим из графика, на расстояние порядка 1–2 ферми.

Вот вам и разгадка внешнего слоя электрического заряда протона. Он состоит из облаков виртуальных положительных пи-мезонов. Протон словно укутан в мезонную «шубу».

Под «шубой» укрылась довольно плотная часть протона. Физики назвали ее керном. Из чего он состоит?

А здесь полезно привести вполне современную поговорку физиков: «Нет такого виртуального, чтобы не стало реальным!» Выбрасывает протон при энергичном столкновении реальные ка-мезоны и гипероны, значит, виртуально они содержатся в нем. Появляются антипротоны, значит, и они, как это ни трудно вообразить, виртуально живут в их смертельном враге.

Все эти частицы и образуют, видимо, керн протона. Это понятно — масса и энергия покоя у них гораздо больше, чем у пи-мезонов. На виртуальное рождение их протон должен затратить большую энергию. А раз так, тем меньше времени и в тем меньшем объеме пространства они могут существовать.

«Видимо» же мы сказали потому, что сегодня о керне, в отличие от пи-мезонной «шубы», еще почти ничего не известно.

Мезонная «шуба» нейтрона богаче: она построена как из положительных, так и отрицательных пи-мезонов. Мезоны выполняют двоякие обязанности.

С одной стороны, они несут электрический заряд и осуществляют электромагнитные взаимодействия.

С другой, переносят ядерные взаимодействия.

Значит, электромагнитный и ядерный размеры «шубы» должны совпадать.

На деле же получается, что электромагнитная «вата» далеко вылезла за пределы ядерного «сукна». Долго недоумевали физики, как могла природа сшить такую нескладную «шубу». А потом решили, что «сукно» еще наставлено «меховой» оборкой из двух сортов новых мезонов, гораздо более массивных, чем пи-мезоны.

Это знакомые нам по переписи «резонансы» — нейтральный омега-мезон и «троица» из нейтрального и противоположно заряженных ро-мезонов. (Просьба не путать этот омега-мезон с тем омега-гипероном, о котором была уже речь. Оба они обозначаются одной и той же греческой буквой, но мезон — маленькой, а гиперон — большой. Это видно в нашей «переписи» частиц.)

О керне нейтрона также нет единодушного мнения. Одни считают его в целом заряженным положительно, другие — заряженным отрицательно. Вероятно, в его состав входят пары из нейтрона и антинейтрона, а может быть — и пары из протона и антипротона. Более определенного мнения пока нет.

Вот пока и все, что известно о структуре протона и нейтрона. Мало?

Сравните с «точкой», о которой нечего было сказать еще десять лет назад! «Разъять» протон — это не разнять матрешку, в которой обнаружится еще десяток таких же матрешек мал мала меньше!

Почти частица!