Загадки микромира

Избавиться от них можно было только в том случае, если регистрировать монополи сразу, в момент их рождения. Вот такая установка и появилась на Серпуховском ускорителе. На этот раз в поисках частицы Дирака приняла участие интернациональная группа сотрудников Объединенного института ядерных исследований.

Любую заряженную частицу, движущуюся в веществе быстрее света, можно обнаружить по электромагнитному черенковскому излучению, названному так в честь автора открытия, лауреата Нобелевской премии академика П. Черенкова. Сейчас метод регистрации сверхбыстрых частиц по черенковскому излучению — один из основных в физике высоких энергий.

На этой идее и строился новый опыт. Был использован тот факт, что на Серпуховском ускорителе могли рождаться частицы со скоростью, близкой к скорости света в вакууме. Попадая же в вещество, такая частица испускает черенковское излучение. Из специального шлюза с помощью автоматики выдвигался и закреплялся в центре вакуумной камеры небольшой, тщательно отполированный конус из оптического кварца.

Пролетая сквозь кусок кварца — сердце черенковского счетчика, частицы, рожденные столкновением пучка протонов с кварцем, сразу должны высвечиваться в нем. А спрятанная под кожухом сложная оптическая система из линз и фотоумножителей — собирать и регистрировать этот свет.

Экспериментаторы наблюдали по телевизору за положением мишени, видели, как изумительно полыхала и переливалась она при встрече с протонным пучком. И казалось невероятным, что среди этого сияния фотоумножители могут уловить лучи, принадлежащие именно монополю.

Но физики не сомневались в этом. Их прибор со стопроцентной вероятностью мог обнаружить каждый монополь, возникающий в установке, ведь по теории, за которую академики И. Тамм и И. Франк получили Нобелевскую премию, магнитный заряд излучает в 10⁴ раз больше света, чем любая другая заряженная частица.

Более того, монополь Дирака будет зарегистрирован, если он окажется нестабильным и возникнет лишь на короткий миг. «Я просто убежден, — говорил руководитель этого эксперимента кандидат физико-математических наук В. Зрелов, — что магнитные заряды существуют. Пока нет абсолютного теоретического запрета, а придумать такой запрет ничуть не проще, чем открыть монополь. Вы уже знаете, как рухнул ряд основных положений физики, может быть, догматических, в области слабых взаимодействий. Мне кажется, что в настоящее время положение таково, что чем жестче запрещающий теоретический принцип, тем яростней его атакуют физики-экспериментаторы. Я думаю, что кому-то все-таки повезет открыть монополь».

* * *

В 1972 году вступил в строй самый большой ускоритель протонов в Батавии близ Чикаго на энергию 400 Гэв. Новая машина — новые задачи?

Нет, задачи остались прежними, поскольку они все еще не решены. Уникальная установка В. Никитина со струйной водородной мишенью перекочевала вместе со своими создателями за океан для измерений в новой области энергий протонов. Более половины всех проектов экспериментов, предложенных для осуществления в Батавии, относится к поискам кварков и монополя Дирака. Продолжаются настойчивые поиски промежуточного бозона — переносчика слабых взаимодействий. Очень важны опыты с нейтрино недоступных ранее энергий, представляющие большой интерес для проверки новой теории слабых взаимодействий С. Вайнберга. Эту теорию один из ведущих теоретиков назвал самым крупным достижением за последние 15 лет. Усилия, как мы видим, сосредоточены на немногих узловых проблемах.

В 1969 году физик-теоретик Ю. Швингер еще более сузил круг экспериментальных задач, предложив гипотезу, по которой составной частью всех элементарных частиц является дайон. А как же кварковая модель материи?

И монополи и кварки в несколько раз тяжелее протонов и связаны с представлением о существовании новых видов материи. Ю. Швингер соединил «судьбы» этих двух частиц: проблему электромагнитных взаимодействий — монополь Дирака — он объединил с проблемой классификации элементарных частиц — кварками. Если монополь будет найден, сразу же прояснится, почему все электрические заряды кратны. Но в тот же миг исчезнет идея кварков, частиц с зарядом ¹/₃ и ²/₃ заряда электрона.

Дайон, предлагаемый Ю. Швингером, спасает положение. Только дайон, частица с магнитным зарядом, может иметь, по теории, дробный электрический заряд.

Дробный электрический заряд этого гибрида совместим с целочисленным зарядом, кратным заряду электрона, элементарных частиц, не имеющих магнитного заряда. Если бы дайоны нашлись, то это помогло бы объяснить даже нарушение CP-симметрии в слабых взаимодействиях.

Смогут ли экспериментаторы дать четкие ответы на поставленные теоретиками вопросы? Достаточно ли их будет для построения новой теории элементарных частиц? Пока это неизвестно. Может быть, все решится в течение ближайших нескольких лет, а может быть, полученные ответы приведут к появлению нового круга вопросов. Ручаться можно лишь за «беспредельность непознанного и бесконечность радостного пути познания».