Знание-сила, 2004 № 08 (926)

И еще один счастливый поворот в судьбе. В науке зародилось новое направление: "физика элементарных частиц". В лабораториях, занимавшихся их изучением, шло накопление фактов. Нужен был гениальный мыслитель, который упорядочил бы факты.

Ожидаемым гением стал Гелл- Ман. Окончив университет, он отправился в Массачусетский технологический институт, где в 21 год защитил докторскую диссертацию. Роберт Оппенгеймер убедил его перейти в Принстон, в Институт фундаментальных исследований — кузницу кадров теоретической физики. Оттуда в 1952 году Гелл-Ман переехал в Чикаго, к Энрико Ферми. В местном университете он начал заниматься поведением необычных частиц, открытие которых несколькими годами ранее потрясло здание современной физики.

Вот уже два десятилетия в физике открывали одну элементарную частицу за другой. В 1932 году британский физик Джеймс Чедвик обнаружил нейтрон. Казалось бы, картина мира упорядочилась. Материя, объяснили ученые, состоит из трех элементарных частиц: протона, нейтрона и электрона. Однако не успела публика привыкнуть к этому теоретическому конструкту, как вдруг со всех сторон посыпались сообщения о новых открытиях. Одни частицы, например нейтрино, "изобретались" учеными на основании расчетов (впоследствии существование того же нейтрино было экспериментально доказано). Другие обнаруживались во время опытов. Вскоре число элементарных частиц перевалило за двести — их было вдвое больше, чем химических элементов. Откуда только взялись все эти каоны, пионы или гиперионы? Большинство их были нестабильны, превращаясь за доли секунды в не менее загадочные и одиозные частицы. Воистину без своего Менделеева здесь было не разобраться.

Некоторые из частиц, открытых в экспериментах, проводившихся на ускорителях, вели себя очень странно. Они существовали достаточно долго — около миллиардной доли секунды. Однако, по тогдашним теоретическим воззрениям, они должны были распадаться, едва возникнув.

Противоречие между теорией и практикой разрешил молодой человек двадцати четырех лет от роду. Он — Гелл-Ман! — придумал понятие "странность". Это — целое квантовое число (нулевое, положительное или отрицательное), характеризующее элементарные частицы: например, странность частиц и античастиц имеет противоположные знаки. Странность сохраняется при сильных взаимодействиях, а при слабых нарушается. Странные частицы "выживают" до тех пор, пока не распадутся во время слабого взаимодействия.

Эта идея сделала Гелл-Мана знаменитым в кругу физиков-теоретиков. В 26 лет он получил приглашение занять должность профессора в Гарвардском университете. В свою очередь, в Чикаго ему предложили удвоить жалование. В конце концов, на этой "ярмарке вакансий" Гелл-Ман выбрал Калтех — Калифорнийский технологический институт на другом конце США. Этот вариант был не только самым денежным, но и самым перспективным. Там работал Фейнман, физик Ричард Фейнман, создатель новой разновидности квантовой механики.

Введение понятия "странность" стало первым шагом на пути к наведению порядка в хаосе элементарных частиц. В 1961 году Гелл-Ман попытался разделить все известные к тому времени частицы на несколько семейств; они содержали 1,8,10 и 27 членов. Сославшись на то, что некоторые семейства насчитывали по восемь членов, Гелл-Ман назвал свою систему "восьмеричным путем", иронично обыграв в этом названии восемь ступеней обретения совершенства и освобождения от страданий, о которых возвестил своим ученикам Будда.

Экспериментаторы быстро доказали правоту Гелл-Мана, обнаружив неизвестную прежде частицу — омега- минус-гиперион, предсказанную его системой. Любой теоретик может только мечтать об этом. Система Гелл-Мана стала вести себя по-менделеевски.

Еще один звездный час Гелл-Мана наступил в 1963 году, когда он, размышляя о том, что роднит частицы, объединенные в отдельные семейства, подумал, что, может быть, у них — "элементарных", то есть "неделимых" частиц, проще некуда! — есть своя субъядерная структура. Каждая из частиц может состоять из различных частичек, чей заряд составляет +2/3 или 1/3 заряда протона. К такому же выводу пришел и другой американский физик — Джордж Цвейг, работавший в Европе.

По преданию, название этим частичкам — "кварки" — придумал сам Гелл-Ман, заимствовав неологизм из романа Джеймса Джойса "Поминки по Финнегану". Впрочем, Гелл-Ман рассказывал эту лингвистическую историю и в ином варианте. "Все дело сперва было в звучании слова — quark или kwork". А уж потом, по словам Гелл-Мана, ему попалась на глаза фраза Джойса: "Three quarks for Muster Mark", "Три кварка для мистера Марка". С этого времени загадочно-звонкое слово "кварк" обрело окончательный вариант написания: quark. По гипотезе Гелл-Мана, барионы состояли из трех кварков, мезоны — из двух кварков.