Техника - молодёжи 1978-01, страница 39

НА ПЕРЕДНЕМ КРАЕ НАУКИ

Кварки-новая глава саги о микромире

ВАСИЛИЙ КРИВОЩЕКОВ, физик

Элементарны "ли элементарные частицы? Не так давно этот вопрос мог показаться парадоксальном. Ведь элементарные частицы, как прямо следовало из их на-звани I- считались самыми маленькими «кирпичиками» мироздания, и предположение о том, чтс эти частицы состоят из чего-то еще, показалось бы просто бессмысленным...

Однако, пытаясь создать стройную картину микромира, физики пришли к выводу, что им не хватает еще более мелких «кирпичиков»...

Все свойства частиц, которые удается установить в порой очень сложных экспериментах, так или иначе связаны с их взаимодействием. Например, массу и заряд частицы можно определить по ее взаимодействию с гравитационными и электромагнитными полями.

Если взглянуть на развитие наших знаний о различных типах взаимодействий с исторической точки зрения, то мы увидим, что до важных открытий в области ядерной физики ученые очень хорошо объясняли известные им явления на основе всего лишь двух видов сил, или, как говорят физики, взаимодействий — гравитационного и электромагнитного. Астрономия полностью основывалась на гравитационных силах, а для объяснения микроскопических свойств атомов, молекул и твердых тел достаточно было электромагнитных. Положение радикально изменилось, когда выяснилось, что в природе существуют еще два типа взаимодействий: слабые силы, ответственные за распад нейтронов, и сильные, необходимые для объяснения связи протонов и нейтронов в ядрах атомов. Физика эле-

К В А

В Е ^р X н и и

ментарных частиц подтвердила и уточнила результаты, полученные при изучении ядер. Оказалось, что сильные взаимодействия примерно в сто раз сильнее электромагнитных. Слабое — значительно слабее электромагнитного, но намного превосходит гравИ|ацнонное. Кроме того, было установлено, что эти силы проявляются лишь на очень малых расстояниях — меньших, чем размер ядра атома.

Фундаментальное различие типов взаимодействия позволило разделить элементарные частицы на группы (в зависимости от того, как они взаимодействуют между собой). Одну группу составляют легкие частицы, или, как их принято называть, — лептоны. К лептонам относятся электрон, мюон — частица, которую еще называют «тяжелым электроном», так как она тяжелее электрона в 200 раз, а также два типа нейтрино. Этими четырьмя частицами, а также их античастицами до недавнего времени и исчерпывался список лептонов. Для них возможны только слабые и электромагнитные взаимодействия.

Малонаселенному миру лептонов противостоит семейство из нескольких сотен частиц, для которых основным является сильное взаимодействие. Такие частицы были названы адронами — тяжелыми частицами. К ним, например, относятся протоны и нейтроны, потому что именно сильное взаимодействие ответственно за удержание их в ядрах атомов.

Таким образом обнаружилось, что важнейшие свойства элементарных частиц в значительной мере определяются тем, как они взаимодействуют Это, в конце концов, не так Р К И

НИЖНИМ СТРАННЫЙ

и удивительно для микромира — области, где частицы могут превращаться друг в друга, а время их жизни часто равно Ю^-23 с. Понятно, что задача исследования таких «беспокойных» объектов чрезвычайно сложна. Тем не менее за последние десять лет благодаря развитию ускорительной техники удалось установить, что большинство элементарных частиц вовсе не элементарны! Точнее сказать, только лептоны дают все указания на то, что они являются элементарными частицами. Электрон, например, ведет себя как точечный заряд. Даже при разгоне его до огромных энергий никакой внутренней структуры обнаружить не удается.

Ситуация с адронами оказалась куда более загадочной Исследуя процесс столкновения электронов очень высокой энергии с протонами, ученые заподозрили, что внутри протона как будто бы находятся какие-то точечные объекты. Все это очень напоминало времена Резерфорда, когда считалось, что атом — поло-

«Три кварка для мистера Марна» — эта строчна из произведения Дж. Джойса «1Поминки по Фин-негану», навела американского физика М. Гелл-Манна на мысль н'пвать предложенные им гипотетические частицы «кварками». Вначале кварки были трех сортов, или, как теперь говорят, «ароматов». u-кварк — «верхний», d-кварк — «нижний» и s-кварк — «странный». Недавно к ним присоеди ился еще один — «очарованный», с-кварк. Смешные картинки, изображающие эти удивительные частицы, придумал тоже. £и-зик — А. Де-Р, -:ула оме ароч^т i, кварчи имеют е е т) «цвета», Tai что всего их тепепь г гало двенадцать (и столько же а..тикваркг в). Из этих ■ аст.щ, пользуясь простыми рави-лами, удается пост—>ить почти все известные элементарные частицы.

ОЧАРиВАННЫ Й