Вера Черногорова - Загадки микромира

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/ 3и 2/ 3заряда 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».

Недаром в финале копенгагенского «Фауста», написанного учениками Н. Бора и исполненного на «капустнике», завершившем конференцию теоретиков в 1932 году, Мефистофель говорил:

В чем тайна «ремесла» современных физиков-экспериментаторов?

Раньше далекий от науки человек мог, стоя за спиной Резерфорда, легко представить себя участником открытия атомного ядра, наблюдая за редкими вспышками-звездочками на сцинтилляционном экране. Ну так же, как, следя за работой чеканщика, мы можем вообразить себя его соучастниками, потому что видим все его последовательные операции.

Чедвик в решающем эксперименте открытия нейтрона использовал один-единственный прибор — ионизационную камеру. Появление электрического импульса на ее выходе соответствовало попаданию в камеру заряженного протона. Наглядность опыта здесь меньше, чем при работе со сцинтилляционным экраном, но все же достаточно большая. Стоило отнести в сторону источник альфа-частиц или убрать расположенный перед камерой кусок парафина, из которого вылетали протоны, выбитые нейтронами, и механический счетчик замолкал.

Э. Резерфорд делал великие открытия с помощью примитивного оборудования, которое зачастую сам же и изготовлял чуть ли не из консервных банок. Физики тогда работали не с ускорителями — их еще не было, — а с радиоактивными источниками, имея дело максимум с двумя сортами частиц. И какие это были «удобные» частицы! Стабильные, как электроны и протоны, или долгоживущие, как нейтроны. Их регистрация не доставляла никаких затруднений: они отличались друг от друга по степени производимой ионизации. Даже новичок без труда отличил бы альфа-частицу от электрона по величине импульса из ионизационной камеры.

Но простота экспериментов начала века была кажущейся. При всей примитивности оборудования опыты по открытию атомного ядра и элементарных частиц были невероятно трудны тем, что связывались с самыми первыми шагами в исследовании микромира. Материя неожиданно представала перед учеными в совершенно новом качестве. Трудно было ориентироваться без компаса-теории в этом безбрежном океане непознанного. Квантовая механика только нарождалась, а о теории элементарных частиц еще не было и речи. Проложить правильный курс в этих сложнейших условиях было под силу лишь крупнейшим физикам нашего столетия.

Теперь центр тяжести в экспериментальной физике высоких энергий переместился скорее в воплощение уже известного по идее эксперимента. Исследуемые объекты так сложны, что «простых» методов для их изучения просто не существует. Сейчас любой эксперимент в физике высоких энергий настолько же сложнее первоначальных, насколько атомные часы сложнее солнечных. И работа физиков-экспериментаторов давно уже утратила привлекательность первоначальной простоты.

Только в памяти ветеранов науки остались те, не такие уж далекие времена, когда «судьбу физического эксперимента решал один хороший стеклодув, а наличие в лаборатории токарного станка считалось основанием для оптимистических прогнозов».

Создание уникальной установки — а именно такой и является современная «рядовая» установка — требует огромных материальных ресурсов. Ее стоимость достигает нескольких миллионов рублей. Поэтому каждая работа, которую проводят, например, на Серпуховском ускорителе, прежде всего обсуждается на ученом совете Института физики высоких энергий. И только после полученного «добро» экспериментаторы непосредственно приступают к созданию необходимой установки.

А это, прямо скажем, задача чрезвычайной трудности. И решить ее могут только те, кто владеет главной тайной своего ремесла, кто сочетает большие знания о свойствах и поведении элементарных частиц с высоким экспериментальным мастерством.