Очарование физики - Глэшоу Ш.Л.
ISBN 5-93972-151-6
Скачать (прямая ссылка):
На полпути в истории открытий химических элементов была изобретена периодическая таблица. Систематический порядок, выявленный Есть ли будущее у физики элементарных частиц?
207
Рис. 1. Первый демографический взрыв. Рост количества известных химических элементов за последние три столетия. Эту кривую можно назвать приблизительно линейной с наложенными всплесками открытий, произошедших в результате развития технологий. Элементы 108 и 109 были получены в восьмидесятых годах. Будут ли созданы новые?
с ее помощью, полностью объяснили с помощью электронов, ядер и квантовых законов Бора. Вскоре ученые обнаружили, что и сами ядра являются составными структурами. Открытие изотопов показало, что разновидностей ядер куда больше, чем химических элементов. Действительно, на рисунке 2 изображен график, отражающий 399 видов ядер, период полураспада которых превышает один год. (Мой коллега Рой Глаубер подумал, что их 400.) Ясно, что нуклидов слишком много, чтобы они могли быть элементарными. Целые значения Z, открытого Моз-ли, и почти целые значения А представляют второй уровень порядка. Структура ждала открытия нейтрона, которое было сделано в год моего рождения.
Все начинало упрощаться. В конце сороковых годов двадцатого века Гамов писал, что элементарных частиц всего три: нуклон, электрон и нейтрино. Эти точечные частицы считали основными кирпичиками, 208
Есть ли будущее у физики элементарных частиц? 208
Рис. 2. Второй демографический взрыв. Существует ровно 399 видов ядер, период полураспада которых превышает один год. Большинство из них находятся на едином «полуострове», но некоторые, включая уран, образуют отдельный «остров стабильности». Существует ли второй такой же остров, который еще ждет своего открытия?
образующими материю. Увы, все было не так просто. Вскоре открыли пионы и странные частицы. Когда ввели в эксплуатацию большие ускорители, начался настоящий демографический взрыв ядерных частиц, или адронов. На рисунке 3 показан рост количества известных типов адро- Есть ли будущее у физики элементарных частиц?
209
Рис. 3. Третий демографический взрыв. Рост количества известных адронных мультиплетов за три последних десятилетия. И опять, кривая приблизительно линейна и имеет всплески, вызванные вводом в эксплуатацию новых инструментов. Сейчас адронов почти столько же, сколько и химических элементов. А скоро их станет еще больше.
нов со временем. Кривая поднимается примерно линейно от нескольких адронов к более чем сотне этих частиц за временной промежуток, равный всего лишь нескольким десятилетиям. Эта кривая напоминает взрыв известных видов атомов, только по времени она сжата в 10 раз. Как и прежде, всплески кривой соответствуют достижениям экспериментальной технологии: пузырьковым камерам и электрон-позитронным коллайдерам.
И опять, примерно в середине кривой раскрывается новый уровень порядка: восьмеричный путь Гелл-Манна и Неемана. Эта теория предсказала новые частицы с весьма своеобразными свойствами. Открытие знаменитой -частицы сыграло в этом третьем цикле ту же роль, что и обнаружение скандия, германия и галлия в первом. Гелл-Манн был Есть ли будущее у физики элементарных частиц? 210
ничуть не более безумным, чем Менделеев. В третий раз появление систематического порядка привело к открытию нового уровня структуры. Оказалось, что адроны обладают всеми свойствами сложных систем: было показано, что они состоят из кварков.
Современные претенденты на право быть элементарными частицами пережили более плавный демографический взрыв, нежели их предшественники. Временная эволюция количества известных видов кварков, лептонов и переносчиков взаимодействий показана на рисунке 4. В нашей стандартной теории присутствует всего 17 кирпичиков, четырнадцать из которых были однозначно открыты в лаборатории. Косвенное существование тау-нейтрино неоспоримо. Заглушаемые сообщения об открытии t-кварка регулярно появляются в Physics Today и других подобных журналах. Пока самой важной из отсутствующих, но предсказанных частиц является бозон Хиггса. Если он достаточно легок, то его откроют на LEP, Большом электрон-позитронном коллайдере, который действует в Европейском исследовательском консорциуме CERN. Если его масса лежит в промежуточном диапазоне, то он покажется в США на предложенном Сверхпроводящем суперколлайдере (SSC) или в CERN на предложенном Большом адронном коллайдере. Бозон Хиггса — это последнее серьезное подтверждение стандартной модели, которое ждет своего открытия.
Несмотря на то, что последний демографический взрыв, или переход к хаосу, был достаточно мягким, ему свойственен глубоко новый и волнующий аспект. В прежние циклы мы изучали природу материи, достаточно обычной материи, которая встречается повсюду на Земле. Из наших элементарных фермионов это относится всего лишь к двум видам кварков, электронам и, быть может, к электронному нейтрино. Ни один другой кварк или лептон не играет в стандартной модели сколь-нибудь важной роли. Этот большой скачок в сторону указывает на то, что великий прогресс у нас еще впереди. Единая и истинная теория, которую мы ищем, быть может, не лучшая; однако этот мир — несомненно, единственный возможный мир, и каждая частица в нем должна иметь важную (и заметную!) raison d'etre'.
