Вера Черногорова - Загадки микромира

Оптимисты все-таки надеются на открытие кварков, аргументируя свое убеждение примерно так: «Поиски нейтрино и антипротона растянулись на четверть века, а вся история кварков не насчитывает и десяти лет. Еще посмотрим, что покажет будущее».

Ну что же, эти слова не лишены доли истины. Некоторые ученые думают, что, если не удалось обнаружить кварки в Серпухове, надо будет искать их на ускорителе в Батавии, где протоны разгоняются до энергии в 400 Гэв. А в случае неудачи отложить поиски до создания другой, более мощной машины…

Не стоит упрекать этих ученых в излишней настойчивости. Настойчивость их имеет под собой веские причины. Открытие кварков заставило бы нас по-иному взглянуть на природу материи. Да и классификация фундаментальных частиц, так естественно получающаяся из кварковой модели, получила бы хорошие подпорки.

Кое-какие факты в запасе у оптимистов уже есть. Обнаружено, что столкновения частиц высокой энергии во многих случаях происходят так, будто попарно сталкиваются кварки, из которых состоят эти частицы.

А иному пессимисту интуиция подсказывает: «Кварков нет, поэтому их и не нашли».

Конечно, каждый имеет свое собственное мнение. Тем более что свободные кварки действительно не найдены. И может так случиться, что они и не будут никогда открыты. Именно такой точки зрения придерживается большая группа ученых. Но в оценке «смысла» самой кварковой модели и всего восьмеричного пути мнения оптимистов и пессимистов совпадают.

Известный теоретик В. Вайскопф, сам скептически настроенный по отношению к кваркам и сомневающийся в их существовании, в беседе с журналистами рассказал такую историю о Н. Боре. Посетив дом своего товарища, Н. Бор заметил прибитую над дверью подкову и спросил хозяина, что это значит.

— Она приносит счастье, — услышал он в ответ.

— Вы действительно верите в это? — спросил Н. Бор.

— О, я не верю, но должен вам сказать, что это действует даже в том случае, если вы не верите.

И кварки независимо от того, верим мы в них или не верим, тоже «работают». Восемь лет назад М. Гелл-Манн «вывел» их в «большой свет». С тех пор кварки пережили равнодушие и недоверие, вспышки жгучего интереса и разочарование экспериментаторов. Наконец, они обрели спокойную, ровную привязанность теоретиков.

В прошлом году в книжном магазине быстро раскупалась книга под названием «Теория кварков». Полистав ее, мы сразу нашли бы то, что искали.

«За истекшие шесть лет модель кварков прочно вошла в физику, хотя сами кварки открыть не удалось. Теория кварков закрепила свои позиции, и наряду со специальными статьями, посвященными кваркам, модель кварков используется буквально во всех книгах, посвященных элементарным частицам, фигурирует в докладах и обзорах на всех конференциях по физике высоких энергий».

Трудно сказать более убедительно о «работоспособности» кварков, чем это сделал профессор Д. Иваненко во вступлении к книге. Теперь вопрос сводится к одному: являются ли кварки только наглядным выражением свойств, присущих элементарным частицам, или же кварки — реальные частицы?

И совершенно независимо от того, как решится этот вопрос, уже сейчас ясно, что кварковая модель оказалась плодотворной почвой для возникновения новых теоретических идей. Здесь и попытки объяснения свойств легких частиц, и развитие астрофизических и космологических теорий.

«Модель кварков, — пишет профессор Д. Иваненко, — прочно удержалась в виде „хора“, без поддержки которого „солисты“ не могли бы разумно оперировать в первых рядах».

Пока теоретики обсуждали проблему кварков, экспериментаторы подготовили для них великолепный сюрприз. В Стэнфордском университете был запущен новый ускоритель электронов на энергию в 17 миллиардов электрон-вольт.

С помощью ускоренных до такой степени электронов уже можно было попытаться «заглянуть» в глубь нуклонов. И профессор Панофский поставил специальный эксперимент, надеясь, что ему удастся обнаружить составные части протона. Если они, конечно, существуют. Идея этого опыта была подсказана моделью кварков.

Предоставив теоретикам право оттачивать свое теоретическое оружие в словесных поединках на международных конференциях и совещаниях, экспериментаторы решили наконец взять «быка за рога». Если кварки нельзя пока ни создать, ни обнаружить в макрообъектах, то нельзя ли попытаться узнать, если ли они в нуклонах. Но как это лучше сделать?

В старых опытах Р. Хофштадтера по определению размеров нуклонов длина волны электронных разведчиков была так велика, что невозможно было различить детали, и воспринимались лишь общие контуры нуклонов. Ну так же, как дальнозоркие люди воспринимают детали предмета, расположенного вблизи глаз. Поэтому для решения новой задачи годились только электроны очень большой энергии с малой длиной волны. Теперь необходимо было выяснить, как рассеиваются электроны, отдав протону значительную часть энергии. Задача не из простых. Нужно не только зарегистрировать электрон, летящий под определенным углом, но и измерить его энергию.

И вот когда все технические трудности остались позади, в руках ученых оказались длинные вереницы цифр, удручающе действующие на неспециалиста. А это был прекрасный итог сложного эксперимента. Но было бы ошибкой думать, что физику достаточно бросить на эти цифры беглый взгляд, чтобы воскликнуть: «Эврика!» Всем не терпелось узнать: что нашли в нуклонах быстрые электроны? Как они отдали свою энергию: целиком одному протону или каким-то его частям?

А пока надо было как можно точнее учесть все возможные ошибки, какие могли внести сами условия эксперимента, и провести заключительный этап — математическую обработку результатов. Вот тут-то и заговорили цифры, да еще как!

«Протон похож на шарик не из желе, а из малинового джема с семечками», — так передал свое впечатление один из теоретиков, интерпретировавших результаты Панофского. Рассеяние электронов происходило так, будто протон состоял из точечных частиц.

Известный американский физик-теоретик Фейнман окрестил их именем «партоны». Это слово образовано от английского «part», что означает «составная часть». Такое простое понятие содержит в себе не менее глубокую бездну неизведанного, чем загадочный «кварк».

В 1969 году на Международной Рочестерской конференции в Киеве физики впервые услышали о партонах. Многие из них сразу задумались: можно ли отождествить партоны с кварками?