Барри Паркер - Мечта Эйнштейна. В поисках единой теории строения

Примерно в 1953 году поведением этих частиц занялся Мюррей Гелл-Манн. Как Швингер и Фейнман, Гелл-Манн тоже был вундеркиндом. В 15 лет он поступил в Йельский университет, а закончил Массачусетский технологический институт, защитив в 21 год докторскую диссертацию. В 1955 году он занял профессорскую должность в Калифорнийском технологическом институте, не достигнув и 27 лет. В отличие от многих своих коллег он интересовался не только физикой и математикой. Я сам слышал, как перед одной из его лекций ведущий произнёс: «Профессор Гелл-Манн говорит на всех существующих языках и даже по-собачьи».

Занявшись новыми частицами, Гелл-Манн вскоре ввёл понятие «странность». Странность – это новое квантовое число, подобное уже известным. Странность нейтронов, протонов и пионов равна нулю, а такие частицы, как K -мезоны и гипероны, имеют странность, равную +1, -1 и -2. Согласно теории Гелл-Манна, введённое им число сохраняется при всех ядерных реакциях с участием сильных взаимодействий. Это означает, что полная странность до реакции должна быть равна полной странности после реакции. С помощью своей идеи ему удалось объяснить большое время жизни странных частиц.

В 1961 году Гелл-Манн и израильский физик Ювал Нееман применили теорию групп в новом методе, который они назвали восьмеричным (он основывается на восьми квантовых числах). При помощи этого метода им удалось распределить элементарные частицы по семействам в зависимости от таких параметров, как странность и изотопический спин. В результате получились изображённые ниже структуры. На левой верхней схеме изображено семейство n - p , состоящее из нейтрона, протона и частиц ?, ?, ?. Некоторые из семейств имеют восемь членов, другие – десять, но все члены одного семейства имеют одинаковый спин и различаются лишь зарядом и странностью.

Полученные диаграммы чем-то похожи на периодическую систему элементов. Её автор, Д. И. Менделеев, создавая свою систему, не знал, почему элементы в ней располагаются именно так (это выяснилось гораздо позже), но увидел, что в ней остаются пустые клетки. Это позволило ему предсказать существование ряда неизвестных ранее элементов. Гелл-Манн и Нееман также не понимали смысла своих диаграмм, но, как и в периодической системе, одна из них оказалась не до конца заполненной (пустым оставался нижний угол треугольника). Благодаря диаграмме оказалось возможным предсказать свойства неизвестной частицы, и в Брукхейвене начались её интенсивные поиски. Пришлось сделать более 50 тысяч фотографий, но в 1963 году её всё-таки удалось найти. До того многие физики скептически относились к работе Гелл-Манна, полагая, что это несерьёзное, хотя и занятное жонглирование цифрами. Однако открытие предсказанной им частицы, получившей название ? -(омега минус), заставило научный мир пересмотреть своё отношение. Это был триумф новой методики.

Группировка элементарных частиц согласно восьмеричному методу

Однако оставалась ещё одна проблема – почему этот метод сработал? Видимо, должна существовать какая-то более глубокая структура частиц, лежащая в основе восьмеричного метода. Когда Гелл-Манн занялся этой проблемой в начале 60-х годов, он не 197 знал, что в Европе над ней работал другой физик – Георг Цвейг. Они независимо друг от друга обнаружили, что обоснованием восьмеричного метода может служить наличие внутри адронов других, ещё более элементарных частиц. Цвейг назвал их тузами, но прижилось имя, данное им Гелл-Манном – кварки (он взял это слово из романа Дж. Джойса «Поминки по Финнегану», где есть такая фраза: «Три кварка для мастера Марка»).

Мюррей Гелл-Манн (родился в 1929 году)

Согласно теории Гелл-Манна имеются кварки трёх типов («ароматов»), которые называют u -, d -, s -кварки. Каждый из них имеет спин 1/2, а вот заряд, как ни странно, равен не целому заряду электрона, а одной или двум его третям. Так же как частицам соответствуют античастицы, каждому кварку соответствует антикварк. Все барионы состоят из трёх кварков; например, протон содержит два u -кварка и один d -кварк, а нейтрон – два d -кварка и один u -кварк. Мезоны же состоят из кварков и антикварков; например, ?-мезон состоит из одного u -кварка и одного d -кварка.