Ирина Радунская - Безумные идеи

Успех новой теории придал ученым смелость, и они предположили на ее основе существование еще трех частиц. Когда Гелл-Манн назвал свойства этих частиц, его коллеги пришли в изумление: две из них должны иметь заряд, составляющий треть электрического заряда электрона, а одна – две трети. Но ведь до сих пор электрический заряд электрона считался элементарным! Он был чем-то вроде эталона, мерила электрических зарядов микрочастиц. Недаром он был принят за единицу. И вот... восьмиступенный путь завел ученых в область электрического поля за пределами элементарной единицы измерения.

Это было очень дерзкое предсказание. Новые частицы Гелл-Манн назвал почему-то «кваками» (циаг), сославшись на строчку одного из романов Джойса со стр. 383. Многие теперь пишут и говорят «кварки», выговаривая «р», хотя правила английской грамматики это запрещают. Почему кваки и почему 383 – непонятно. То ли это намек на «треть – восьмипутка – треть», то ли просто озорство – почему бы даже серьезному ученому не выбрать название, которое укажет ему первая попавшаяся страница книги?

Ученые, наверно, не стали задумываться над такими пустяками, даже если им и не был известен секрет кваков. Не теряя времени они тотчас приступили к поискам новых частиц на Брукхевенском ускорителе. Для начала они решили обнаружить частицы с зарядом в одну треть от заряда электрона, как наиболее отличающимся от единицы. Но... опыт однозначно показал, что таких частиц не существует. Однако физики, как всегда, не были в своем заключении категоричны. Они только утверждают, что если такие частицы и существуют, то они должны иметь массу более чем две или три массы протона, а для создания частиц с такой массой не хватает мощности всех работающих в настоящее время ускорителей.

Так что на пути обнаружения кваков возникло чисто техническое препятствие, но это физиков не обескуражило. Их чаще радует не мгновенный успех, а то, что в какой-то момент выводы теории не совпадают с экспериментом. Значит, это место требует особого внимания, острой бдительности. Здесь надо ждать открытий!

Магические числа

Поразительное подтверждение предсказаний теоретиков вовсе не свидетельствует о благополучии в теории элементарных частиц. Здесь далеко не все в порядке. Пока это первые шаги в полутьме. Пока, изучая частицы, ученые пытаются сортировать их по признакам, свойствам, стараются их классифицировать. Но классификация – это ведь только вторая стадия познания. Сначала накапливаются факты. Потом делаются попытки их систематизировать, чтобы понять скрытые за ними закономерности. Только тогда, когда эти попытки систематизации оказываются удачными, возникает на ее основе надежда сформулировать объективный закон природы.

Так было и с периодической системой Менделеева, которому удалось обнаружить, что при расположении элементов по возрастающим атомным весам некоторые свойства их периодически повторяются. Менделеев не мог сказать, почему они повторяются, но, выявив эту закономерность и обнаружив, что в некоторых случаях она нарушается, он смог предсказать существование неизвестных в то время элементов. Элементов, само существование которых с неизбежностью вытекало из открытого им периодического закона. Они должны были существовать, если найденный закон верен.

Как известно, эти элементы впоследствии были обнаружены и заполнили пустующие клеточки в замечательной таблице. Это было триумфом науки.

Однако открытие закона еще не объяснило, почему этот закон существует, отчего появляется периодичность свойств, почему основной период равен 8, и почему существуют так называемые большие периоды, и отчего есть явное нарушение закона в семействе редких земель, состоящем из 18 различных элементов, которые пришлось поместить в одну клетку таблицы Менделеева (впоследствии такое же нарушение было обнаружено в семействе урана). Закономерность, лежащая в основе периодической системы Менделеева, была раскрыта только квантовой теорией атомов.

Примерно так же развивается сейчас теория элементарных частиц. Мы все еще находимся в стадии накопления фактов и более или менее удачных попыток их систематизировать. Существующие теории, в том числе и замечательный восьмиступенный путь, – только более или менее сложные вычислительные приемы. Никто не может сказать, как в дальнейшем будет развиваться теория.

Естественно ожидать, что сверхмощные ускорители, строящиеся в различных странах, позволят выявить новые неизвестные еще формы симметрии, установить новые сохраняющиеся величины, обнаружить новые частицы.

Уже при современном развитии техники эксперимент обгоняет теорию. Много новых частиц было открыто случайно. Все предсказанные теорией частицы удавалось обнаружить, и разрыв во времени между предсказанием и обнаружением все стремительнее уменьшается.

Но теория все еще напоминает некие шаманские обряды. Она основана не на глубоком понимании, а на почти интуитивном установлении неких правил, определенных операцией с индексами и числами, которые вполне заслуживают наименования магических.

Магические числа уже сыграли большую роль в построении деталей протонно-нейтронной модели ядра. Из опыта известно, что особенно устойчивыми являются ядра, содержащие вполне определенные количества протонов и нейтронов. Эти количества определяются числами 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126. Любая теория ядра, претендующая на достоверность, должна объяснить этот опытный факт.

Изящная «оболочечная модель», предполагающая, что ядерные частицы группируются в оболочки, отчасти родственные электронным оболочкам, приводила к числам 2, 8, 20, 40, 70, 112. Совпали только первые три числа, и это потребовало существенного уточнения теории.

Как здесь не припомнить пифагорейцев с их музыкой чисел, управляющей судьбами миров и людей!

Небольшие простые числа, выражающие квантовые законы сохранения, позволили создать новую, более четкую классификацию восьми десятков частиц, подверженных сильным взаимодействиям. Некоторые свойства частиц определяются не непосредственно квантовыми числами, а их комбинацией. В этом случае для упрощения записей пришлось прибегнуть к буквенным обозначениям – каждая из греческих букв заменяет определенную комбинацию квантовых чисел. Новая классификация позволяет расположить все известные сейчас частицы в четком порядке, который, в свою очередь, полезен в сложном процессе «предсказания» неизвестных еще частиц. В связи с тем, что для новой классификации избраны греческие буквы, некоторые частицы пришлось переименовать, так как большинство ранее известных частиц было обозначено тоже буквами греческого алфавита. Например, ка-частица стала каппа-частицей. Интересно, что в новой классификации греческие буквы расположены не по алфавиту, а совершенно хаотически. Иначе и быть не могло. Ведь первоначальные наименования давались частицам по мере их открытия и в соответствии с прежними воззрениями или даже по прихоти первооткрывателя. Естественно, что после создания новой классификации были две возможности: примириться с этим несущественным хаосом или переименовать заново большинство частиц. Переименование обеспечило бы порядок в таблицах, но потребовало бы переучивания и запоминания новых названий. Оно могло привести к путанице и недоразумениям, и ученые избрали хаос.