Техника - молодёжи 1983-05, страница 38

Репортаж из глубин пи-мезона

АНАТОЛИЯ ШИБАНОВ, кандидат физико-математических наук, наш спец. корр.

СУЩЕСТВУЮТ ЛИ КВАРКИ?

Уже в конце нашей беседы Алексей Алексеевич сказал:

— Вера в кварки сейчас очень сильная, да и до нашего эксперимента она была такой.

А я подумал: вот именно, вера. Хоть и не подходит это слово для строгой физической теории, поневоле приходится им довольствоваться. Ведь никому еще не удалось обнаружить эти необыкновенные частицы — кварки. Когда в 1963 году физики выдвинули их на роль наипростейших кирпичиков вещества, они хотели навести порядок в своем непомерно разросшемся хозяйстве. С тех пор считают, что все частицы, носящие общее имя адроны (а к ним причисляют протоны, нейтроны, пионы, каоны и уйму других частиц), состоят из кварков и антикварков. Принятая учеными сугубо математическая теория адронов наконец-то получила удобное и наглядное физическое истолкование.

Теория эта, опирающаяся на представление об унитарной симметрии (не будем здесь раскрывать смысл этого сложного понятия), распределила все адроны по группам. В каждую группу входят различные по свойствам частицы, но имеющие близкие массы и два одинаковых квантовых числа — собственный момент вращения и четность. Такая систематизация оказалась весьма плодотворной и позволила даже предсказывать не открытые еще частицы по пустующему в группе месту, подобно тому как периодическая система Менделеева позволила предсказывать неизвестные элементы по незаполненным клеточкам таблицы. Значит, математическая теория унитарной симметрии действительно учитывала какие-то реальные глубинные свойства частиц, предугадывала какую-то подлинную их физическую общность. Но какую?

Придуманные теоретиками кварки подсказали такую внутреннюю структуру адронов, которая полностью согласовывалась с теорией унитарной симметрии. Ученые пришли к мнению, что протоны, нейтроны и родственные им тяжелые частицы состоят из трех кварков, а мезоны — из двух: из кварка и антикварка. И как будто бы все встало на свои места: есть строгая математическая теория и есть физи-

Это был пятый международный эксперимент Государственного комитета по использованию атомной анергии СССР и Европейского центра ядерных исследований (ЦЕРН). Физики из Дубны, Милана, Болоньи и других европейских городов провели совместное исследование на Серпуховском ускорителе. Результатов его с нетерпением ожидали несколько лет, • течение которых «елась непрерывная обработка экспериментальных материалов на самых современных быстродействующих ЭВМ. И вот подведены окончательные итоги: успех превзошел первоначальные ожидания ученых. Удалось доказать сложную структуру пи-мезона, самой легкой из частиц, входящих в группу адронов. Сделай еще один шаг к окончательному подтверждению гипотезы о кварках, из которых, по мнению физиков, состоят асе частицы — адроны. Наш специальный корреспондент Анатолий Шибаноа встретился с членом редколлегии «ТМ», начальником научного отдела Объединенного института ядерных исследований в городе Дубне, доктором физико-математических наук, профессором Алексеем Алексеевичем Тяпкиным, принимавшим непосредственное участие ■ организации и проведении этого эксперимента. В результате их беседы и была написана статья, предлагаемая вниманию читателей.

ческие объекты, поясняющие и подкрепляющие ее. Только существуют ли эти объекты, именуемые кварками, на самом деле? Ведь сколько ни старались физики разных стран зафиксировать их в своих опытах, все безуспешно. Остается принять на веру.

Но на одной только вере научная теория долго не продержится. До начала XX века верили в существование эфира, хотя непосредственно его никогда не обнаруживали. Он тоже служил удобным физическим образом. Настолько удобным, что, когда решающий эксперимент Май-кельсона — Морли отверг эфир, некоторые физики пытались обосновать принципиальную невозможность его обнаружения в опытах. Нечто подобное происходит теперь с кварками. Стали поговаривать о том, что их нельзя обнаружить опытным путем, поскольку в свободном виде они не существуют. Входя в состав адрона, каждый

кварк непрерывно меняет свой «цвет» (такое название дали одному из фундаментальных свойств кварка), обменивается им с соседними кварками. И если эта особенность — непрестанно менять свой «цвет» — неотъемлемая черта кварка как частицы, то не может он жить вдали от своих соседей, существовать отдельно от других кварков и антикварков.

Под руку с воображением в науке шагает скепсис. У некоторых ученых появились резонные сомнения: может быть, кварки вовсе не реальные составные части адронов, а всего лишь придуманный теоретический образ? Тогда действительно бесполезно пытаться их обнаружить. Но в 1974 году в рассуждения и споры теоретиков неожиданно вторгся эксперимент. В том году была открыта новая частица, получившая название пси-частицы. Она нашла свое место в одной из групп теории унитарной симметрии. Ее считают комбинацией тяжелого кварка с антикварком. Масса пси-частицы в энергетических единицах, принятых в физике элементарных частиц для измерения масс, составляет 3100 миллионов электрон-вольт (МэВ). И все было бы хорошо, если бы через несколько дней после открытия этой частицы не обнаружили другую, точно такую же, только более тяжелую. Масса ее равнялась 3685 МэВ, хотя собственный момент вращения и четность были такими же, как у пси-частицы, то есть она должна была находиться в той же группе.

По теории унитарной симметрии этого никак не могло быть: такие частицы обязательно должны различаться собственными моментами и находиться в разных группах. Вот тогда теоретики поняли, что на самом деле это не две различные частицы, а одна и та же. Масса ее увеличилась потому, что пси-частица поглотила некоторую порцию энергии, как говорят физики, и стала возбужденной. Ничего нового тут для них не было, и раньше наблюдали они возбужденные частицы. Скажем, поглотит адрон некоторое количество энергии, увеличит за счет этого собственный момент вращения и перекочует в другую группу. Такое событие никак не противоречило теории унитарной симметрии. Но с пси-частицей все было иначе. Ее возбуждение было особым — без изменения враща

36