Даниил Данин - Неизбежность странного мира

Идея такого странного взаимодействия была новой и неожиданной. Тамм принялся считать. (Теоретики обязательно набрасывают математические портреты своих физических идей мало кому доступными закорючками на бумаге — они «абстракционисты поневоле».) Взаимодействие с помощью обмена электронами и нейтрино получалось сильным. Но все таки недостаточно сильным!

Однако трасса нового пути была проложена.

Через год идеи московского теоретика откликнулись громким эхом на японских «островах. Хидэки Юкава пошел вслед за Таммом. Ход его мысли был прост. «Да, очевидно, Тамм прав — необычайные ядерные силы возникают благодаря необычному механизму, но столь же очевидно, что протоны и нейтроны обмениваются и связываются какими-то другими частицами, а не электронами и нейтрино». Двадцативосьмилетний японский теоретик рассуждал как сын своего века, когда стал искать нужные для теории частицы. Он вспомнил Эйнштейна, который тридцать лет назад первым принял всерьез кванты Планка — поверил в их физическую реальность.

Юкава представил себе, что протоны и нейтроны окружены неизвестным силовым полем точно так же, как движущиеся заряды окружены полем электромагнитных сил. Конечно, эти ядерные поля своеобразны — могучи и как бы «резко ограничены» в пространстве. Но почему бы не допустить, что и на них распространяются квантовые представления Эйнштейна?

Фотоны — кванты энергии электромагнитного поля. Иными словами, порции материи этих полей. Наверное, и ядерная энергия существует в виде порций — квантов ядерного силового поля, в виде микрокентавров, которых можно было бы назвать «ядронами». И, как фотоны, эти кванты тоже совершенно реальны. Вот и все! Они-то, вероятно, и есть те частицы, которыми перебрасываются и связываются протоны и нейтроны. Этими ядерными квантами надо заменить в схеме Тамма слишком «слабые» электрон и нейтрино.

Каковыми же должны быть такие частицы?

Юкава, разумеется, тоже начал считать.

И вот получилось, что кванты ядерных полей в отличие от фотонов должны обладать реальной — не нулевой — массой покоя. Другими словами, они не могут двигаться со скоростью света. Юкава так и назвал их — «тяжелые фотоны», И, кроме того, они должны быть очень недолговечны, — должны, очевидно, распадаться на те самые электрон и нейтрино, о которых думал Тамм. Для среднего времени жизни этих неведомых частиц у Юкавы получилась величина порядка миллионной доли секунды (10 -6). А для массы покоя — величина в 200–300 раз большая, чем масса электрона. И, наконец, у них есть заряд — плюс или минус.

Портрет неизвестной частицы был начертан, оставалось «узнать ее в лицо»: открыть среди обитателей микромира.

В то время, в середине тридцатых годов, список элементарных частиц был еще очень короток. Три частицы, создающие все атомы: электрон, протон, нейтрон . Частицы, представляющие энергию-массу света: фотоны . И еще позитроны : положительно заряженные близнецы электронов, в паре с которыми они рождаются, когда гибнет достаточно большой по своей массивности фотон. (Помните, нас беспокоил вопрос, что происходит с фотоном, когда он под угрозой гибели тормозится? Вот это и происходит в подходящих условиях: он порождает новые частицы.) Существование нейтрино еще нуждалось в лабораторном доказательстве.

Такова была добыча экспериментаторов и теоретиков за сорок лет пристального изучения микромира и его обитателей — пять открытых элементарных частиц и одна проблематическая! К нынешним дням этот список вырос более чем в пять раз. Так, может быть, образ рога изобилия, встретившийся нам в самом начале книги, был не таким уж страшным преувеличением?

Но всего интересней, что тогда, в 1935 году, физики еще не знали ни одной частицы, промежуточной по массе между легоньким электроном и тяжелым протоном. Казалось, природа и не позаботилась заполнить эту зияющую брешь. Казалось, что для создания всего разнообразия мира ей и не нужны были никакие другие частицы, кроме уже известных.

Юкава предсказал: есть элементарные частицы тяжелее электрона и легче протона, наделенные удивительным свойством краткости своего бытия.

Кстати, так ли удивительно это свойство? Стоит заговорить о мире элементарных частиц тем языком, каким люди говорят о мире живых существ, и эта краткость жизни ядерных квантов покажется вполне оправданной. Ведь если они есть в природе, то понадобились ей лишь для того, чтобы могли осуществляться могучие ядерные взаимодействия. А эти взаимодействия происходят на таких малых расстояниях, что у квантов ядерного поля нет прямой нужды далеко путешествовать, а следовательно, и долго жить. (Только, пожалуйста, не воспринимайте это как строгое научное объяснение краткости бытия частиц, предсказанных Юкавой. Это замечание между делом, для наглядности, для того, чтобы хоть на ощупь ориентироваться во тьме непонятностей природы.)