Загадки микромира

Работа физиков-теоретиков, перебирающих и ощупывающих каждый экспериментальный факт, очень напоминает начало раскопок чрезвычайно интересного, но непонятного сооружения. Физики уверены, что когда-нибудь и как-нибудь завал будет расчищен. «Правда, — говорит Ф. Дайсон, — мы можем проталкивать только по одному бревнышку за раз, и очень мало какие из них шевелятся, когда мы их толкаем».

Не охваченный теоретической мыслью, непознанный мир элементарных частиц производит «странное» впечатление. Английский философ Ф. Бэкон писал: «Не существует истинно прекрасного без некоторой доли странности». Одна из наших лучших научно-популярных книг — книга Д. Данина — так и называется «Неизбежность странного мира».

А так ли уж неизбежна эта странность?

Давайте оторвемся от детального разглядывания частиц и их поведения и попробуем посмотреть «сверху» на всю груду экспериментальных результатов, охватив единым взглядом этот новый удивительный мир.

«Разве слишком большие нарушения пропорций, странные отклонения от порядка не губят красоты? — спрашивает М. Гелл-Манн. И отвечает: — В течение многих лет одна из главнейших областей физической науки — учение о строении вещества — страдала болезнью странности. Когда физики исследовали вещество на самых малых расстояниях, оно представлялось им как произвольная смесь отдельных элементарных частиц, среди которых нельзя было заметить никакого строгого порядка. Теперь, наконец, картина начинает немного проясняться. Само слово „странность“ вошло в словарь физиков, а ее доля уменьшилась настолько, что уже проступает красота упорядоченности».

Такие разные при близком рассмотрении частицы, как протон и нейтрон, становятся совершенно одинаковыми с точки зрения сильных взаимодействий. Введя новое квантовое число «странность», М. Гелл-Манн и А. Нишиджима сумели уложить и странные ка-мезоны в общую схему классификации частиц.

И чем больше деталей удается охватить взглядом, тем все упорядоченней становится казавшийся раньше бесформенным завал экспериментальных результатов.

В начале 1960 года в американском научном журнале появилась статья молодого физика-теоретика Дж. Сакураи. Ее появлению в печати предшествовал период мучительных раздумий автора: печатать или не печатать? Пожалуй, главную роль в положительном ответе на этот вопрос сыграла молодость. Ей было легче преодолеть страхи, испытываемые каждым исследователем, надеющимся достигнуть важных результатов.

«Вы можете подумать, — говорит П. Дирак, — что хороший исследователь оценивает полученный результат совершенно спокойно, без малейшего волнения, рассуждая вполне логично и развивая дальше свою мысль вполне рациональным путем. Это далеко не так. Исследователь — только человек, и если он питает великие надежды, то он испытывает и великие страхи».

Еще до публикации статьи Дж. Сакураи знал об отрицательном отношении к ней коллег по работе. «Не существует частиц, которые ты предсказываешь!» — слышал он от всех. Какой же внутренней уверенности, может быть, даже неосознанной самим автором смелости и решительности потребовал от Дж. Сакураи завершающий шаг! Спорная статья была сдана в печать.

Теоретики встретили ее появление прохладно, многие вообще не обратили на нее внимания. Но совершенно иной была реакция экспериментаторов. Не так уж часто от теоретиков поступали определенные указания. В основном они занимались «раскопками» и обработкой уже полученных результатов.

На крупнейших ускорителях мира были поставлены опыты. И вскоре обнаружились все три типа частиц, описанных Дж. Сакураи. Это были далеко не обыкновенные частицы. Ведь без открытия векторных мезонов, как их назвали, не смогла бы возникнуть идея кварков.

М. Гелл-Манн сказал как-то, что природа проста, если знать, как к ней подойти. Исторически так получилось, что сначала была создана квантовая теория электромагнитных взаимодействий, а затем уже по аналогии с ней возникла теория сильного ядерного взаимодействия. Общение между нуклонами мыслилось по образу и подобию отношений, существующих между заряженными частицами. Электроны обменивались квантами электромагнитного поля — фотонами, а нейтроны или протоны — пи-мезонами. Но кто поручится, что это единственно возможный и правильный подход?

«Наша теория, — говорил Дж. Сакураи, — по-своему напоминает о замечании Р. Фейнмана, что новые идеи надо создавать, задавая вопрос: что было бы, если бы история пошла другим путем».

Путь, предложенный Дж. Сакураи, начинался от той же «печки», что и предыдущий, — от аналогии с электромагнитным взаимодействием.