Загадки микромира

Все разъяснилось после выхода очередного американского журнала «Physical Review Letters». В небольшой статье М. Гелл-Манн написал, что необычное имя «кварк» получили три «золушки» восьмеричного пути — те самые три гипотетические частицы с дробными зарядами. Силой воображения теоретика они превратились в самых главных лиц многочисленного общества сильно взаимодействующих частиц.

Протоны, нейтроны и гипероны, а также резонансы прекрасно складывались из разных сочетаний трех кварковых кирпичиков и соответствующих им антикварков, а мезоны — из кварка и антикварка. С их помощью легко объяснились все достижения систематики, в том числе и упаковка по восемь и десять частиц.

«Можно просто и ясно, — говорит академик Я. Зельдович, — объяснить даже ребенку, что есть 10 частиц, потому что каждая частица состоит из трех кирпичиков; есть 3 сорта кирпичиков, и легко проверить, что есть 10 и только 10 разных комбинаций».

И одна из таких десяти комбинаций в точности соответствовала «облику» предсказываемого восьмеричным путем омега-минус-гиперона. Так в теории М. Гелл-Манна кварки оказались необходимы не только для заполнения пустующей группы, но и для объяснения всей систематики элементарных частиц.

В истории физики уже были аналогичные ситуации, когда теоретики «придумывали» новые частицы. В 1932 году Паули придумал маленькую нейтральную частицу нейтрино для спасения закона сохранения энергии. А годом раньше Дирак на «кончике пера» открыл позитрон. И надо сказать, что ни та, ни другая гипотезы не вызвали поначалу восторга у большинства физиков.

Теория кварков претендовала на большее. Признав существование кварков, следовало тут же признать новый тип материи, атомизм нового типа с еще более «элементарными сущностями».

Гипотеза, предлагавшая продолжать приевшуюся игру в матрешки, была встречена более чем прохладно. Значительно позже академик В. Гинзбург писал, что «не все обязаны верить в существование „бесконечной матрешки“: открыл одну куклу, а в ней лежит другая — и так без конца». Возня с кварковым «конструктором» казалась теоретикам простой забавой. И они были по-своему правы.

Ведь все предыдущие попытки «строить» (теоретически, конечно) фундаментальные частицы из других реальных частиц не приводили к успеху. Можно было каждую частицу считать составленной из любых других с подходящими квантовыми числами. Но нельзя объяснить ее свойства с помощью этих частиц, из которых она якобы сделана. Они, образовав новую частицу, как бы теряют при этом свое «лицо».

Кварковая же модель настаивала как раз на таком примитивном построении частиц, но из трех сортов кварков, не теряющих свою индивидуальность. Вот почему упоминание об этой теории часто вызывало улыбку большинства ученых.

В этот-то критический момент и заговорил наконец великий «судья и мудрец» — эксперимент. Мгновенно разнеслась сенсационная новость: обнаружен омега-минус-гиперон! Заполнена десятка тяжелых частиц! Оригинал в точности соответствует заочно нарисованному портрету!

На Брукхейвенском ускорителе в США протонами больших энергий облучали двухметровую водородную пузырьковую камеру. Обработав сто тысяч полученных фотографий, на одной из них ученые обнаружили эту частицу.

Долго разыскиваемая жительница микромира была торжественно «водворена» на место. Замкнулась десятка тяжелых частиц. Так подтвердилась правильность восьмеричного пути. Эксперимент выбрал наилучший вариант «гербария» фундаментальных частиц.

Значения найденного среди частиц порядка не умаляет и то обстоятельство, что пока неизвестно, какие глубокие законы природы лежат в ее основе. Ведь не знал же Д. Менделеев о соответствии порядкового номера элемента своей периодической таблицы заряду ядра.

Новый способ классификации частиц, за который М. Гелл-Манну была присуждена Нобелевская премия, — фундаментальнейшее открытие физики элементарных частиц.

Ну а как же кварки; значит, и они существуют?

Мудрецы никогда не разжевывают свой ответ, часто превращая его в новую загадку. И нужно быть не меньшим мудрецом, чтобы понять его смысл.

Открытие недостававшей в систематике частицы не решало кварковой загадки. Оно не отрицало их наличия, но и не подтверждало кварковую модель строения частиц.

Как понять этот ответ, напоминающий предсказания дельфийского оракула? Может быть, с помощью новых теоретических построений?

В одной из научных дискуссий по этой проблеме член-корреспондент АН СССР Л. Окунь дал четкий ответ: «Вопрос о том, существуют ли в природе новые стабильные частицы, в частности кварки, может быть решен только экспериментально, а не с помощью теоретических моделей».

Охота на кварки

Тяжело далось Туру Хейердалу получение одного из доказательств своей теории. Но М. Гелл-Манну не было дано и такой возможности. Для доказательства правильности теории кварков надо было обнаружить эти гипотетические частицы.