Вера Черногорова - Загадки микромира

Пятьсот докладов предстояло прослушать участникам этого крупнейшего форума ученых. Но самыми притягательными, самыми интересными были доклады, сообщавшие результаты экспериментов, выполненных в Серпухове по проверке дисперсионных соотношений и теоремы Померанчука.

Физик-экспериментатор член-корреспондент АН СССР Ю. Прокошкин рассказал о результатах опытов по взаимодействию с нуклонами протонов и антипротонов, пи-плюс-мезонов и пи-минус-мезонов, ка-плюс-мезонов и ка-минус-мезонов с энергией до 70 миллиардов электрон-вольт.

Большой интерес вызвали экспериментальные результаты, полученные в работе с нейтральными ка-мезонами группой доктора физико-математических наук И. Савина из лаборатории высоких энергий ОИЯИ. Высокую оценку дал им крупнейший американский физик-теоретик Янг, выступавший в дискуссии по докладу.

Участники конференции аплодисментами встретили появление на трибуне доктора физико-математических наук В. Никитина. Под его руководством ученые Дубны на серпуховской установке провели один из первых опытов по проверке фундаментальных основ теории.

Нетрудно понять, почему серпуховские эксперименты вызвали такой интерес ученых всего мира. Председатель оргкомитета конференции академик Н. Боголюбов сказал: «Многие важные выводы теоретиков делались до сих пор на основе экспериментальных фактов, добытых с помощью ускорителей с энергией протонов до 30 миллиардов электрон-вольт. Какие закономерности проявляются при гораздо больших энергиях, куда пошли экспериментальные кривые? Не опрокинут ли они устои теории?»

Однако на этот раз сюрпризов не было. Обсуждение результатов, полученных в Серпухове, убедило физиков, что аксиомы, лежащие в основе квантовой теории и теории относительности, подходят и для описания элементарных частиц.

Бывает в природе удивительный момент, который мы называем затишьем перед бурей. Все замирает, все кажется неподвижным и полным ожидания. Но посмотрите наверх — там с большой скоростью перемещаются низкие, наполненные влагой облака. Вот они собрались в большую черную тучу, которая, тяжелея, опускается все ниже и ниже.

Таким затишьем кажется современный период в теории элементарных частиц. Но достаточно полистать научные журналы, поговорить с теоретиками, как начинаешь ощущать, какую напряженную работу они ведут, как досконально изучаются экспериментальные результаты, как много попыток делается для их объяснения. Ведь как раз из них, из этих еще не отшлифованных теоретической мыслью опытных данных, и предстоит возвести следующий этаж науки.

Ученые пока не знают, как это сделать, но уже видят отдельные детали новой теории.

Несомненно, что за порогом этой нарождающейся теории останется устаревшее понятие о точечной частице. Точка — это то, что не делится на части. Элементарные частицы будто бы подходят под это определение — никто еще не наблюдал пол-электрона или треть нейтрона. Но при столкновении частиц высокой энергии рождается целый набор новых частиц. Так что же такое элементарная частица? Простейший, точечный кирпичик или сложная система?

Вспомните, какие вести принесли электронные снаряды, впервые приблизившиеся «вплотную» к нуклонам? Какую сенсацию вызвало открытие электронной структуры протона, нейтрона, определение их пространственных размеров! А обнаружение партонов?!

Но в теории все частицы продолжают фигурировать как точечные. Частично вследствие этого и получаются бесконечные величины при вычислении массы частиц. Как ввести в теорию новое понятие «элементарная частица», наполненное всем тем, что известно о ней из опыта?

Не лучше обстоит дело с координатой частицы. Принцип неопределенности В. Гейзенберга показывает, что в микромире нельзя одновременно измерить координату и импульс частицы. Но точность значений каждой из этих величин в отдельности не лимитируется.

Допустим, нам надо измерить координату протона. Что делать? Любой экспериментатор подскажет, что местонахождение протона можно установить по рассеянию падающих на него гамма-квантов. Воспользуемся его советом. Ясно, что чем ближе подойдут гамма-кванты к частице, тем с большей точностью мы определим ее координату. Но это под силу только квантам с большой энергией. Ну что ж, предположим, что мы раздобыли и такие и радуемся в предвкушении точнейшего эксперимента. Но что такое? Из водородной мишени, которую мы поместили в пучок гамма-квантов самой большой энергии, во все стороны разлетаются новые протоны и антипротоны. Возникают такие же частицы, координаты которых мы измеряем. Теперь и не разберешься, где старый протон, а где новый.