Очарование физики - Глэшоу Ш.Л.
ISBN 5-93972-151-6
Скачать (прямая ссылка):
Филип Хандлер, президент Национальной академии наук, всего лишь в прошлом месяце написал, что за последние 30 лет «люди впервые узнали природу жизни, строение космоса и силы, которые формируют планету, хотя внутренняя область ядра, если с ней вообще что-то произошло, стала еще более загадочной». Эта мрачная оценка моей дисциплины не совсем современна. Когда было найдено очарование, многие 162
в поисках кварка 162
якобы несвязанные кусочки субъядерной головоломки — кварки, цвет, теории объединения — образовали одно целое, и, судя по всему, мы приближаемся к новому синтезу.
Завершив экскурсию по субъядерным джунглям, мы должны заглянуть в будущее. Исходя из принципов педагогики, а также из своего личного убеждения, я сказал, что появляется концептуально простая и эмпирически правильная теория микромира. Это мы еще увидим.
Нам еще предстоит обширный теоретический анализ. Удержание кварка цветовым взаимодействием представляется слишком хорошей идей, чтобы не быть истиной, но ее состоятельность необходимо доказать. Кроме того, без ответа остаются насущные экспериментальные вопросы. Будут ли очарованные частицы вести себя в точности так, как это предсказывает теория? Достаточно ли четырех кварков или нам понадобится еще? Будут ли найдены промежуточные векторные бозоны?1
Эти, да и другие «технические вопросы» получат ответ в течение ближайших лет, а мы допустим, что эти ответы подтвердят общую картину мира, которую мы набросали. Но даже тогда история будет далека от своего завершения. Да, адроны состоят из кварков точно так же, как ядра состоят из адронов. Мы спустились еще на один уровень в микромире. Но даже всего четыре кварка, каждый из которых имеет три цвета — и, по крайней мере, четыре лептона, которые им помогают, — кажутся слишком большим количеством, чтобы быть воистину основными.
Последние теоретические достижения были чрезвычайно консервативными, так как они основаны почти исключительно на концептуальных разработках первой трети этого века: квантовой механике и специальной теории относительности Эйнштейна. Ничто, сделанное в физике с тех пор, не сравнится с величием этих достижений. Но мы не можем всерьез верить в то, что природа истощила запас своих трюков. Такие перевороты будут снова. Быть может, семена следующего из них нужно искать в загадочных и незавершенных теориях современности.
1 Примечание автора. Ответы на эти вопросы уже получены. Очарованные частицы ведут себя именно так, как было предсказано. Существует не четыре разновидности кварков, а шесть. Промежуточные векторные бозоны были найдены. Кварки с цветом и ароматом
Atomos, греческий корень слова «атом», означает неделимый, и было время, когда атомы считали предельными, неделимыми составляющими материи, то есть их рассматривали как элементарные частицы. Одним из главных достижений физики в двадцатом веке было истинное откровение, заключавшееся в том, что атом вовсе не является неделимым или элементарным, но обладает сложной структурой. В 1911 году Эрнест Резерфорд показал, что атом состоит из маленького плотного ядра, окруженного электронным облаком. Впоследствии оказалось, что само ядро можно разделить на дискретные частицы: протоны и нейтроны, — а с тех пор было найдено много родственных им частиц. В ходе прошедшего десятилетия стало ясно, что эти частицы являются скорее составными, нежели элементарными. Сейчас считается, что они состоят из более простых объектов, называемых кварками. Одиночный кварк никогда не наблюдался, несмотря на многочисленные попытки его выделить. Тем не менее, существуют веские причины полагать, что кварки реальны и, что еще более важно, они могут оказаться последним звеном долгой последовательности все более мелких структур. Они кажутся действительно элементарными.
Когда гипотеза кварка была предложена впервые, считалось, что существует три вида кварков. Исправленный вариант теории, который я опишу здесь, требует существования 12 видов. Согласно весьма эксцентричной терминологии, возникшей для обсуждения кварков, они имеют четыре аромата, каждый из которых обладает тремя цветами. (Ясно, что «аромат» и «цвет» — произвольные названия; они никак не связаны с реальным значением этих слов в повседневной жизни.) Один из ароматов кварка отличается свойством, названным очарованием (еще один произвольный термин). Концепция очарования была предложена в 1964 году, но в течение некоторого времени оставалась всего лишь непроверенной гипотезой. Несколько экспериментальных находок, включая открытие частиц, называемых J, или ф, можно интерпретировать как доказательство гипотезы очарования.
Основная идея, состоящая в том, что субатомные частицы образованы кварками, завоевала всеобщее принятие даже в отсутствие прямых экспериментальных доказательств. Более детальная теория, включающая цвет и очарование, остается гораздо более гипотетической. Здесь 164
Кварки с цветом и ароматом
я представляю исключительно свои собственные взгляды, а они далеки от догмы, принятой в настоящее время. С другой стороны, растущее количество экспериментальных данных говорит о том, что эти новые концепции должны играть некоторую роль в описании природы. Они помогают свести воедино многие, на первый взгляд, несвязанные теоретические разработки, вследствие чего возникает изысканная картина структуры материи. Действительно, кварки являются одновременно самым полезным и самым таинственным созданием современной физики частиц. Им замечательно удается объяснить структуру субатомных частиц, но мы пока не понимаем, почему им так хорошо это удается.
