Вера Черногорова - Загадки микромира

«Да потому, — говорит доктор физико-математических наук Д. Франк-Каменецкий, — что в науке нет мелочей. Она обязана объяснить все до конца, а каждое еще не понятое явление может таить целый океан неведомого. Ничтожное черное пятнышко на фотопластинке, лежавшей рядом с препаратом урана, оказалось предтечей всей ядерной физики и техники».

У физиков уже сложилось впечатление, что мир в общих чертах прост, но в частностях очень сложен. Самый страшный симптом сложности — это нарушение симметрии. Ведь все простое симметрично.

О том, как окончательно отразятся на современном миропонимании рассказанные здесь истории, пока неизвестно. Это замечание справедливо и по отношению к третьей загадке, которая еще и не стала историей.

Новая, только что обнаруженная физиками «загадка K° 2→2μ», опять-таки, как нетрудно заметить, задана уже знакомыми нам ка-мезонами.

Группа американских ученых из Калифорнийского университета изучала на бэватроне Лоуренсовской радиационной лаборатории распад долгоживущих нейтральных тяжелых мезонов. По теории, основанной на самых простых и, казалось бы, надежных предпосылках, как минимум один из 150 миллионов зарегистрированных в установке тяжелых мезонов должен превращаться в пару легких частиц — мю-мезонов с положительным и отрицательным знаками электрического заряда. А экспериментаторы обнаружили, что вероятность такого процесса, по крайней мере, в три раза меньше. Что это означает?

Именно такой вопрос с редким единодушием задали многие физики, узнав из журнала «Physial Review Letters» о сенсационных результатах опытов на бэватроне.

Но ответа на него пока нет. Возможно, «парадокс K° 2→2μ» и вовсе не парадокс, а только новый эффект проявления нарушения CP-симметрии. Доказательством этого послужило бы обнаружение распада короткоживущих нейтральных ка-мезонов на две легкие заряженные частицы.

«Но если в опыте таких распадов не обнаружат, — считает член-корреспондент. АН СССР А. Балдин, — то катастрофа усугубится. Сейчас это самая острая проблема в физике элементарных частиц».

На ускорителе в ЦЕРНе уже поставлен эксперимент, в котором на 4 · 10 7распадов короткоживущих ка-мезонов не обнаружено ни одного случая распада на два мю-мезона.

Дополнительные теоретические соображения еще как-то могут оправдать отсутствие такого процесса с вероятностью порядка 10 –7. Но если этот распад происходит еще реже, то это приведет, по-видимому, к новым «жертвам» среди фундаментальных принципов природы.

В решении «загадки K° 2→2μ» приняли участие лучшие экспериментаторы. К исследованию распадов долгоживущих и короткоживущих тяжелых мезонов ученые приступили на ускорителе в Брукхэвене, в Беркли и в Аргонской национальных лабораториях США.

Группа ученых под руководством кандидата физико-математических наук И. Савина из лаборатории высоких энергий ОИЯИ тоже готовится теперь к атаке новой открывшейся перед физиками «высоты».

«Я думаю, что открытие, подобное ньютоновской динамике или квантовой механике, вряд ли будет сделано раньше, чем через сто лет, — писал в 1958 году известный физик-теоретик Ф. Дайсон. — Мой взгляд состоит в том, что мы так же далеки от понимания природы элементарных частиц, как последователи Ньютона были далеки от квантовой механики. Вполне может случиться, что все опыты, которые могут быть сделаны на ускорителях путем взаимных столкновений различных частиц, какие только можно придумать, будут сделаны; все результаты будут тщательно запротоколированы и собраны, а мы все еще не будем иметь никакого понятия о том, что же происходит».

А вот более оптимистическое мнение лауреата Нобелевской премии академика И. Тамма, высказанное им в 1966 году: «Я не согласен с американским теоретиком Ф. Дайсоном. Трудности построения новой теории, которая должна включить в себя как частный случай все, что нам известно до сих пор, очевидны. Тем не менее Ф. Дайсон не учитывает экспоненциального роста науки в наше время, не учитывает, что все большее количество людей занимается физикой. Эйнштейн — редкая флюктуация, но на фоне чрезвычайно возросшего сейчас числа специалистов появление нового гения становится гораздо более вероятным».

А вот какого взгляда придерживается академик В. Гинзбург. В начале 1971 года на семинаре в Физическом институте АН СССР он сказал: «В области теории, как мне кажется, говорить о каком-то подлинном успехе не приходится. Так дело обстоит уже десятилетия, и никто не может предсказать, когда же, наконец, „лед тронется“. Но когда-то это произойдет, и, несмотря на все разочарования, этого исторического события продолжают ждать с неослабевающим и напряженным вниманием».

Эти откровенные высказывания крупнейших ученых-физиков познакомили нас с главной и самой трудной проблемой — проблемой построения теории элементарных частиц.

К сожалению, сегодня, как и несколько лет назад, остаются справедливыми слова Р. Оппенгеймера, что «пока мы не понимаем природы материи, законов, которые управляют ею, и языка, на котором следует ее описывать».

Ни для кого не секрет, что с тех пор, как были открыты первые частицы, наука сделала огромный скачок вперед. Вооруженные гигантскими ускорителями, исследователи вторгаются ныне в самые глубокие, заповедные области явлений. Уже пишутся популярные книги о свойствах элементарных частиц, о том, как удалось создать единую классификацию для многих «граждан» микромира. Открыты новые законы природы, например, закон сохранения барионного числа — тот самый, благодаря которому мы существуем, ибо именно он запрещает протонам и нейтронам распадаться на более легкие частицы. Уже нашли практическое применение в химии и физике твердого тела мю- и пи-мезоны.

Наконец, с помощью элементарных частиц анализируются великие принципы природы — симметрия пространства и времени. О каком же непонимании законов и языка природы идет речь?

Квантовая теория не содержит даже намека на существование огромного и пестрого мира элементарных частиц. Физики были настолько не подготовлены к встрече с этим миром, что поначалу отчаянно сопротивлялись признанию каждой очередной частицы.

«Припоминаю, — сказал недавно П. Дирак, — как в те давние времена я беседовал с людьми, работавшими в лаборатории Кавендиша, и наблюдал путь частиц в магнитном поле. Они говорили, что иногда наблюдают, как электрон возвращается в источник. У экспериментаторов было перед глазами доказательство существования этих новых частиц (позитронов), но они не были в состоянии оценить то, что видели».