Лоуренс Краусс - Почему мы существуем? Величайшая из когда-либо рассказанных историй

Это, однако, еще не конец нашей истории. Два из четырех – это всего лишь два из четырех. Сильное ядерное взаимодействие, исследованием которого в значительной степени мотивировалась работа, приведшая в конечном итоге к электрослабому объединению, продолжало упорно сопротивляться всем попыткам объяснения даже тогда, когда теория электрослабого взаимодействия окончательно оформилась. Ни одно объяснение сильного ядерного взаимодействия через спонтанное нарушение калибровочных симметрий не выдерживало испытания экспериментом.

Таким образом, пока ученые-философы XX столетия пробирались – нередко весьма извилистыми и слабо освещенными путями – к выходу из нашей пещеры теней, чтобы хотя бы одним глазком взглянуть на скрытую в обычных условиях под поверхностью вещей реальность, на постепенно проступающем прекрасном гобелене природы все еще не хватало одной силы, необходимой для понимания строения вещества на фундаментальном уровне.

Долгая дорога к электрослабому объединению стала демонстрацией интеллектуального упорства и изобретательности. Но она же была и вынужденным отступлением. Чуть ли не все основные идеи, предложенные Янгом, Миллсом, Юкавой, Хиггсом и другими учеными, приведшие в конечном итоге к появлению этой теории, были разработаны в процессе безуспешной на первый взгляд борьбы за понимание мощнейшей силы природы – сильного ядерного взаимодействия. Вспомним, что эта сила и проявляющие ее сильно взаимодействующие частицы настолько запутали физиков, что в 1960-е гг. многие из них совсем потеряли надежду когда-либо объяснить это взаимодействие методами квантовой теории поля, которая к тому времени так успешно описывала электромагнетизм и слабое взаимодействие.

Был, правда, один успех, связанный с гипотезой Гелл-Манна и Цвейга о том, что все сильно взаимодействующие частицы, наблюдавшиеся до того момента, включая протон и нейтрон, можно интерпретировать как состоящие из более фундаментальных объектов, которые, как я уже говорил, Гелл-Манн назвал кварками. Все известные, а заодно и неизвестные на тот момент сильно взаимодействующие частицы можно было без труда классифицировать, если считать, что они состоят из кварков. Более того, аргументы от симметрии, побудившие, в частности, Гелл-Манна выдвинуть свою модель, стали основой для осмысления прежде непонятных данных по реакциям сильно взаимодействующего вещества.

Тем не менее Гелл-Манн допускал, что его схема может быть всего лишь математической конструкцией, полезной для классификации, а на самом деле кварков не существует и за этим термином не стоит реальных частиц. В конце концов, ни на одном ускорителе и ни в одном эксперименте с космическими лучами никогда не наблюдали ни одного свободного кварка. Вероятно также, что Гелл-Манн находился под влиянием популярной идеи о том, что квантовая теория поля, а следовательно, и понятие элементарных частиц как таковых не работает в ядерных масштабах. Даже в 1972 г. он заявлял: «Позвольте подчеркнуть тот главный момент, что, вполне возможно, нам удастся построить исчерпывающую теорию адронов, основанную на кварках и некоем клее… Но это совершенно не означает никакого конфликта с бутстрап-теорией, поскольку сущности, с которых мы начинаем, вымышленные».

С этой точки зрения попытки описать сильное взаимодействие при помощи калибровочной квантовой теории поля Янга – Миллса, в которой взаимодействие переносится реальными калибровочными частицами, предпринимаются зря. Это просто казалось невозможным. Сильное взаимодействие работало, судя по всему, только на ядерных масштабах, так что если уж описывать его калибровочной теорией, то фотоноподобные частицы, которые будут переносить это взаимодействие, должны быть тяжелыми. Но при этом не было данных в пользу хиггсовского механизма с его массивными сильно взаимодействующими хиггсоподобными частицами, которые легко должны были бы обнаруживаться в экспериментах. Обобщая, можно сказать, что взаимодействие было, попросту говоря, настолько сильным, что, даже если бы оно описывалось калибровочной теорией, все методы квантовой теории поля, придуманные для вывода предсказаний и замечательно работавшие с другими силами, не сработали бы в применении к сильному взаимодействию. Вот почему Гелл-Манн в приведенной цитате говорит о бутстрапе – имеется в виду дзеноподобная идея о том, что по-настоящему фундаментальных частиц просто не существует. Аплодисменты без рук, пожалуйста.