Загадки микромира

Любой старшеклассник знает, что электрический заряд — это источник электромагнитного поля, что этот заряд определяет силу взаимодействия между заряженными телами. Но, кроме того, мы знаем, что электрический заряд с огромной точностью сохраняется при любых превращениях материи. И в ядерных реакциях, и при столкновениях элементарных частиц общий электрический заряд частиц до реакции всегда равен заряду всех частиц после реакции. Здесь нет ничего нового. Закон сохранения электрического заряда открыт был давно, и экспериментаторы убеждены в его непоколебимости.

Известный физик-теоретик Е. Вигнер еще в 30-х годах обратил внимание на эту двойственную роль электрического заряда: на то, что такое внутреннее свойство заряда, как его сохранение, проявляется динамически (определяет силу взаимодействия). Ну так же, как характер человека, основа которого — тип темперамента, — заложенная глубоко в генетическом коде, проявляется в повседневном его поведении, в его поступках.

Суть идеи Вигнера, Швингера, Янга, Миллса, Утияма заключалась в том, что сила любого взаимодействия должна быть связана с сохраняющейся при этом взаимодействии величиной заряда.

В сильных взаимодействиях тоже есть три сохраняющиеся величины: изотопический спин, гиперзаряд и барионный заряд. А что, если и они проявляются динамически в сильных взаимодействиях? Ведь тогда откроется путь к созданию новой теории!

Дж. Сакураи и поставил перед собой задачу посмотреть — не соответствуют ли этим трем сохраняющимся величинам три типа взаимодействий? В результате его исследования выяснилось, что, подобно переносчикам электромагнитного поля — фотонам, в природе должно существовать три типа векторных мезонов — переносчиков сильного взаимодействия, — которые и были вскоре обнаружены экспериментаторами.

«Если предлагаемая теория окажется верной, — пишет Дж. Сакураи, — то возникнет, естественно, вопрос: не основываются ли все фундаментальные взаимодействия, существующие в природе (электромагнитное, ядерное, слабое, гравитационное), на законах сохранения внутренних свойств?»

Смотрите, какой широкий вырисовывается охват одновременно всех типов взаимодействий! Какая увлекательная возможность дать единый «алфавит» — единую теоретическую основу «многоязычным» взаимоотношениям элементарных частиц! И, что самое главное, возможность эта возникла не в результате применения логически стройных аналитических методов, как это делается при построении квантовой теории поля, а в результате поисков проявления симметрии во взаимодействии между частицами.

«На фоне сотен попыток построить удовлетворительную теорию явлений микромира, — пишет профессор Я. Смородинский, — возник новый метод, новая форма рассуждений, лишенная на первый взгляд четких основ. Этот метод симметрий, оказавшийся очень эффективным в применении именно к тем процессам, для которых старая теория бессильна».

К тому времени М. Гелл-Манн уже несколько лет занимался систематикой элементарных частиц, поиском подходящей точки зрения, с которой можно было охватить взглядом все фундаментальные частицы. Когда появилась статья Дж. Сакураи, он, может быть, более других был внутренне готов к восприятию содержащихся в ней идей. И, несмотря на недоброжелательность основной массы теоретиков, он сразу применил содержащуюся в ней идею к классификации элементарных частиц (восьмеричный путь).

В своих воспоминаниях космонавт В. Севастьянов пишет, что, пролетая над Варшавой, он решил выяснить, что вберет в себя «макровзгляд» из космоса над центром Европейского материка. Он увидел сразу Скандинавский полуостров, Балтику, Ленинград, Адриатику, Черное море, а впереди по курсу — Москву.

Идеи Янга — Миллса — Сакураи позволили бросить «макровзгляд» на мир элементарных частиц и при этом обнаружить его упорядоченность. Все частицы разделились на несколько больших семейств по восемь или десять членов. И в каждом из этих семейств частицы выглядели математически эквивалентными, симметричными друг другу.

А это дает не только эстетическое наслаждение. Найденная «гармония природы» честно служит практическим задачам физики микромира. Благодаря ей впервые удалось вычислить вероятности процессов с участием частиц — членов одного и того же семейства. Проявилась зависимость между такими явлениями, в которых раньше не находили ничего общего.

Закрывая 12-ю Международную конференцию по физике высоких энергий в Дубне (ту самую, на которой ученые впервые услышали об опытах с ка-мезонами), Д. Блохинцев сказал, что мы уже не так далеки от нашей общей цели — открытия новых принципов теории, управляющей миром элементарных частиц. Однако, продолжал он, «скептики могут заметить: да, вы, вероятно, правы, и мы совсем близки к цели, если только едем в правильном направлении…»

Какое из современных направлений, существующих в теории, правильно — сказать пока невозможно. По-видимому, правы те ученые, которые считают, что каждая из конкурирующих теорий содержит долю истины и в известной мере дополняет одна другую.

Частица-призрак