Юрий Чирков - Охота за кварками
Я даже не уверен, что нахожусь на правильном пути вообще. Современники же видят во мне еретика и реакционера, который, так сказать, пережил самого себя».
Так до конца своих дней он и не примирился с квантовой механикой, по-прежнему считая ее вопросом научной моды и даже недомыслием ее адептов.
Кварки становятся цветными
Какого цвета элементарные частицы?.. Этот вопрос задавал многим физикам Г. Копылов, автор интересной книги про микромир («Всего лишь кинематика»).
Ответы были разными. При этом многие сошлись па мнении, что протон наверняка черный, если не красный.
Но показательно: высказывались только физики-теоретики, физики-экспериментаторы же, как правило, отмалчивались.
Получился, пишет Г. Копылов, хороший тест, позволяющий отличить потенциального теоретика от экспериментатора. Если вы, студент-физик, не чувствуете цвета частиц — не идите в теоретики!..
Когда впервые прозвучало слово «кварки», их было всего три. Известно было, что из этих элементов вроде бы можно построить любой адрон. Можно! Но только вот…
Оказывается, размещать кварки внутри частиц произвольно нельзя. Для них, как для зрителей в театре, должны быть отведены вполне определенные, строго пронумерованные квантовые «места».
Негоже двух (тем более нескольких) зрителей сажать в одно и то же кресло. Но именно это, казалось бы, делали теоретики с кварками. Внутри некоторых частиц билеты с одним и тем же номером получали сразу два, а иногда и три кварка.
Например, омега-минус-гиперон должен состоять из трех одинаковых странных кварков, причем одинаковыми у них должны быть и направления спинов. (Когда физики вводили понятие «спин», то предполагалось, что частицу, скажем, электрон, можно рассматривать как «вращающийся волчок», и его спин — от английского spin — вращаться, вертеться — и есть характеристика такого вращения.)
Все кварки — частицы с полуцелым спином: значит, выражаясь языком квантовой механики, они являются фермионами. Но фермионы (к ним относятся и электроны) не имеют права (действует так называемый принцип запрета Паули, ответственный, в частности, за живописное разнообразие электронных оболочек в атомах различных химических элементов) «быть вместе», находиться в одинаковом состоянии.
Тупик? Катастрофа для концепции кварков? Но противоречить канонам и прописям могущественной квантовой механики, которая до этого праздновала одну победу JA другой, было рискованно. Нет, что-то здесь было не так!
Первым выход из этого затруднительного положения указал (1905) академик Н. Боголюбов (в совместной со своими сотрудниками, Б. Струминскпм и А. Тавхолидзе, статье).
(Судьба Н. Боголюбова необычна. Известный советский математик Н. Крылов после беседы с четырнадцатилетним (1923 год) пареньком, окончившим сельскую семилетнюю школу, взял его к себе в ученики и до пределa загрузил работой. Не прошло и года, как ученик написал первую научную статью. Специальным решением Наркомпроса пятнадцатилетний подросток был зачислен в аспирантуру. А еще через два года юный математик стал сотрудником кафедры математической физики.)
Н. Боголюбов предположил, что вроде бы одинаковые кварки, составляющие тот или иной адрон, на самом деле не совсем подобны. Они различаются неким свойством, которое, за неимением готовых названий и в погоне за яркостью образа (а может быть, и не без юмора!), позднее нарекли «цветом».
Так кварки стали цветными. Существуют красные, зеленые, синие кварки. (Название цветов и сам термин «цвет», конечно же, не более чем наглядная и точная метафора, в которой нуждаются не только читатели научно-популярных книг и статей, но и сами ученые.)
Так введением еще одного загадочного качества кварков был восстановлен порядок в физическом «театре».
Его мудрая «дирекция» решила: кресел в зале вполне достаточно, просто надо понимать, что они различаются не только номерами, но и цветом: под одним и тем же номером значатся кресла трех цветов. Соответственно и билеты предлагалось покрасить в синий, красный и зеленый цвета. (Заметим, что до сих пор физики путаются, называя цвета: кое-кто толкует также о желтых, голубых кварках.)
Однако история с раскраской кварков на этом не закончилась. Сказавши «а», физикам надо было произнести и «б». Находясь в адроне, кварки должны взаимодействовать между собой: иначе непонятно, что их держит вместе. Но если есть взаимодействие, то должны быть (снова квантовая механика) и его кванты. В том же смысле, в каком фотон является переносчиком электромагнетизма, а пи-мезон (в первых теориях) переносчиком ядерных сил.
Поневоле пришлось допустить существование и особых переносчиков цвета глюонов (от слова glue — клей: глюоны «склеивают» кварки, не дают им разлететься).
Но в отличие от фотона глюоны — эти кванты цвета — сами должны быть цветными. Более того, глюон обязан нести уже не один, а сразу два цвета!
Например, чтобы «перекрасить» синий кварк в зеленый, глюон должен принести «антисиний» (!) цвет для компенсации старой окраски и новый цвет — зеленый.
(Такие бы средства да художникам! Чтобы без кистей и красок, а просто подумал: надо бы так-то и так-то изменить цвет на холсте — и готово!)
Так, разматываясь, кварковая «веревочка» стала еще и цветной. А кварки в адронах оказались окруженными облаком глюонов.
Сколько всего разных глюонов? Теория полагает, что ровно восемь: три цвета и три антицвета можно скомбинировать (это, если рассуждать простецки: теоретики же имеют дело со спинорами и другими деликатными вещами) девятью различными способами, но одна из комбинаций при этом оказывается бесцветной, и ее, как считают теоретики, надо запретить.
Ну а самое поразительное в этой странной истории то, что теория цветных кварков уже получила экспериментальное подтверждение. Конечно, никто цветного кварка не видел, но косвенные улики выдают «преступника» с головой.
Ну как тут не вспомнить строки О. Хайяма. Он писал:
Все, что видим мы, — видимость только одна,Ибо тайная сущность вещей не видна.
Семантический салат
Древние греки и римляне оставили нам в наследство еще и древнегреческий с латынью. Эти ныне мертвые языки очень удобны, когда необходимо дать имя «новорожденному» той или иной науки.
Когда-то в основном так и поступали: брали один, два, а то и несколько корней забытых ныне миром слов и складывали из них новое. Однако постепенно слов стало не хватать. Прежний метод научного словопроизводства забастовал. И тогда кое-кто пошел на хитрость: стали заимствовать терминологию из лексикона смежных наук. Примеров тому немало.
Скажем, слово «плазма». Первыми (1845) его применили физиологи для описания бесцветной жидкой компоненты крови, лимфы, молока или мышц. Позже его включили и в слово «протоплазма». Хотя знатоки классических языков должны были бы протестовать: греческое слово plasma, лежащее в основе этих научных терминов, означало «вылепление», «оформление» и было вроде бы не совсем «к месту».
Позже слово «плазма» приглянулось физикам. И теперь мы имеем физику плазмы, плазмотрон, плазменные двигатели, плазменные ускорители, плазменные печи и т. д. Физики, по сути, отобрали это слово у биологов.
В связи с этим уместно вспомнить забавный эпизод.
На одной научной конференции, где собрались физики и биологи, первые то и дело говорили о плазме. Наконец, кто-то из биологов, сидящих в конце зала, не выдержал и жалобно спросил председателя, нельзя ли этому слову вернуть его прежний, биологический смысл. «Нет, — ответил председатель, — у физиков-атомников денег так много, что они навсегда откупили его…»
Но и заимствования не решили проблемы. Требовались все новые и новые слова. Объекты исследований — особенно в микромире — оказывались настолько сложными, что нужны были уже целые букеты слов.
Возьмем те же кварки. В описании их свойств участвуют такие слова, как «странность», «ароматы» (различные виды кварков часто называют еще и «ароматами»), названия трех цветов, слово «клей» (глюоны) и другие не менее заковыристые эпитеты. Получается настоящий семантический салат!
В чем недостатки подобной «свободы слова»? Их легко указать.
Прежде всего «этикетки» выбираются физиками довольно произвольно. К примеру, выбор цветов кварков и даже само понятие цвета — вещь довольно условная. При желании таинственное «нечто» можно было бы пометить не цветом, а, например, вкусом. И говорить о сладких, соленых и горьких кварках. Суть бы мало изменилась: ведь важно лишь то, что у кварков есть «что-то», некоторое свойство, могущее пребывать в трех модификациях.
А вот еще убытки от злоупотребления словами. Вслушайтесь в беседу химиков, биологов или математиков, и вы почувствуете, что не понимаете своего родного языка!
