Очарование физики - Глэшоу Ш.Л.
ISBN 5-93972-151-6
Скачать (прямая ссылка):
Затем, в 1954 году, было открыто возбужденное состояние нуклона: первый «резонанс», время жизни которого было слишком коротким, чтобы его можно было измерить непосредственно. Тогда же придумали слово «адрон», которым называли любые из этих сильно взаимодействующих частиц. К началу шестидесятых годов насчитывалось более сотни наблюдаемых адронов. Все эти частицы были четко связаны с нейтронами и протонами. Все они казались в равной степени элементарными или не элементарными. Этот демографический взрыв, а также ядерная демократия, к которой он привел, стали первым явным признаком наличия еще одного слоя луковицы. Физика элементарных частиц как бесполезная трата времени и денег 199
Понятие изотопического спина дает частичную классификацию адронов. Его распространение на схему приблизительной симметрии, называемую «восьмеричным путем», сыграло для адронов примерно ту же роль, что и периодическая таблица для атомов. Эта схема тоже оказалась способной делать замечательные предсказания. Наблюдение в 1964 году O- с ожидаемыми свойствами положило конец всем сомнениям. В 1963 году Гелл-Манн и Цвейг придумали кварки, которые были нужны в качестве небольшого набора элементарных составляющих (три), образующих многие адроны. Кварковая теория обеспечила естественное объяснение наблюдаемой систематики адронов. Отклонения от точной симметрии отражали всего лишь спектр масс трех кварков.
Кроме того, усовершенствованная версия эксперимента Резерфорда обеспечила более прямое свидетельство существования кварков внутри нуклонов. Энергия бомбардирующих частиц была выше, причем это были электроны, а не альфа-частицы, однако интерпретация мало чем отличалась. Казалось, что каждый нуклон состоит из трех точечных «партонов», которые каким-то образом удерживаются вместе.
Сегодня все считают, что партоны — это кварки. Неабелева калибровочная теория — хромодинамика — отвечает за взаимодействие между кварками. Более косвенно, хромодинамика лежит в основе сильных взаимодействий между адронами. Данная ситуация имеет близкую параллель в атоме, где электроны связаны электродинамическим взаимодействием, однако взаимодействие между атомами описывает гораздо менее прямая сила Ван дер Ваальса. Сейчас сильные взаимодействия рассматриваются как вторичное следствие гораздо более фундаментального хромодинамического взаимодействия.
Таким образом, сейчас мы используем кварки и лептоны как самые основные кирпичики, составляющие материю. Спустились ли мы до самого элементарного слоя микромира или нет, пока совершенно неясно. Конечно, лептоны во всех отношениях ведут себя именно так, как если бы они действительно были элементарными. Кварки гораздо более загадочны. Согласно современной догме их невозможно получить по отдельности. Каким образом мы можем продемонстрировать структуру кварка, если мы даже не можем отделить его от адрона? Быть может, через невозможность нахождения кварков природа пытается дать нам знать, что мы достигли конца цепочки. Однако сэр Денис Уилкинсон говорит:
Но нам известно, что принять это мы не сможем. Мы знаем, что, независимо от того, сможем мы добраться до кварков или нет, мы все равно будем говорить о них и обсуждать их анатомию и внутреннюю структуру. Мы будем обсуждать их вид и строение, и, несмотря на то, Физика элементарных частиц как бесполезная трата времени и денег 200
что мы, быть может, никогда всего этого не узнаем точно, что-то внутри говорит нам, что именно так все и должно быть.
Первый симптом неэлементарности — в случае с атомами, ядрами и адронами — всегда был одним и тем же: неуправляемый рост количества самостоятельных частиц, претендующих на элементарность. Как мы увидим, существуют некоторые данные, показывающие, что это случилось снова. Давайте подойдем к настоящей ситуации в плане исторического контекста лептонно-адронной симметрии. До 1932 года были известны всего один адрон (протон) и один лептон (электрон). Новая эра началась с почти одновременного открытия нейтрона и изобретения нейтрино. В действительности, нейтрино был обнаружен только в 1956 году, но уже в начале тридцатых годов в пользу его существования приводились железные аргументы. Теперь, когда мы знаем, что нуклоны состоят из двух видов кварков, мы можем назвать период с 1932 по 1944 годы эпохой двух кварков и двух лептонов.
И опять два грандиозных открытия возвестили о начале новой эры. Мюон впервые увидели в 1938 году, но приняли за адрон. Ситуация прояснилась в середине сороковых годов, когда впервые были замечены еще и странные частицы. Электроны, нейтрино, мюоны, u-, d- и s-кварки — это элементарные частицы третьей эпохи лептонно-кварковой симметрии 1944-1962 гг.
В 1962 году ученые обнаружили, что мюонное нейтрино отличается от электронного. Это привело к единственному важному периоду лептонно-кварковой асимметрии: междуцарствию 1962-1974 гг. За это время физики настолько свыклись с идей существования всего трех кварков, что аргументами в пользу существования четвертого, в основном, пренебрегали. Эта эпоха завершилась в ноябре 1974 года открытием J/ф-частицы, которое одновременно было сделано в Брукхейвене и в SPEAR. Очень скоро ученые поняли, что эта частица образована очарованным кварком и его антикварком; ее назвали чармонием, по аналогии с позитронием, описывающим аналогичную лептонную конфигурацию.
