Александр Потупа - Бег за бесконечностью

Александр Потупа

Бег за бесконечностью

Памяти отца Сергея Николаевича

В книге рассказывается о современных представлениях об одной из самых быстроразвивающихся фундаментальных наук - физике элементарных частиц. Основное внимание уделено описанию сильновзаимодействующих частиц - адронов их поведению в различных реакциях при высоких энергиях.

СОДЕРЖАНИЕ

ГЛАВА ПЕРВАЯ, в которой происходите знакомство с очень молодой наукой физикой элементарных частиц Рождение электрона У перекрестка загадок На арене появляются фотон и протон

ГЛАВА ВТОРАЯ, увлекающая нас в небольшое путешествие по временам и теориям Кое-что о путешествиях во времени Маршрут № 1 Неуловимые атомы Маршрут № 2 Квантованный мир Маршрут № 3 Снова квантованный мир

ГЛАВА ТРЕТЬЯ о высоких энергиях и глубоких идеях Масштабы большого и малого О простом любопытстве, воздухоплавании и космических лучах Ключи к микромиру

ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ, повествующая о потопе открытий и способах наскоро соорудить комфортабельный ковчег Счастливые "допотопные времена" Адронный потоп Спасительные симметрии Нашествие призраков

ГЛАВА ПЯТАЯ, где рассказано об очень сложных элементарных частицах - адронах Как выглядит адрон? Где прячутся кварки Что делать с эталонами и аналогиями Как рождается адрон?

ГЛАВА ШЕСТАЯ, полностью направленная в будущее Надежды, деньги и все такое Самая большая мечта Главное впереди

ГЛАВА ПЕРВАЯ, В КОТОРОЙ ПРОИСХОДИТ ПЕРВОЕ ЗНАКОМСТВО С ОЧЕНЬ МОЛОДОЙ НАУКОЙ - ФИЗИКОЙ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ

Все опыты уязвляют двумя когтями надеждой и любопытством.

О. Бальзак

РОЖДЕНИЕ ЭЛЕКТРОНА

Позвольте представить вам одну из самых быстроразвивающихся областей современной науки - физику элементарных частиц. Представить не только во всем величии гигантских уникальных приборов, но и в тех, порой мучительных неясностях, которые всегда подстерегают дерзнувшего понять. Представить не только как совокупность ясных, твердо установленных фактов и положений, но и как великий путь эволюции наших взглядов на структуру вещества, вернее, как этап пути, начало которого подернуто полулегендарной дымкой историко-научных гипотез, а конец и вовсе не виден.

Как это следует из названия, раздел физики, который мы будем обсуждать, занимается свойствами простейших составляющих вещества, таких объектов, из которых на сегодняшний день не удалось выделить ничего более элементарного, чем они сами.

Главная проблема, стоящая перед физиками, заключается в выяснении природы сил, действующих между элементарными частицами в различных реакциях. По-видимому, эти же силы обусловливают и существование самих частиц, и, в конечном счете, именно то строение окружающего мира, которое мы наблюдаем.

В принципе физика элементарных частиц очень молодая наука. В 1977 году ей исполняется ровно 80 лет, и она практически целиком принадлежит нашему веку. Первая элементарная частица, а следовательно, и первый объект этой науки - электрон - был открыт английским физиком Дж. Дж. Томсоном, знаменитым "Джи-Джи", в 1897 году. Так что мы вправе говорить не только о молодости, но, пожалуй, о юности этой науки.

Это звучит наилучшим комплиментом, если вспомнить высказывание академика В. Гинзбурга, который назвал физику элементарных частиц "самой красивой дамой физического королевства".

Ее родословная чрезвычайно интересна и поучительна, и нам вскоре предстоит отправиться в специальное путешествие по ее временам и теориям. А пока давайте обсудим то удивительное сочетание счастливой случайности и ясной целенаправленности поиска, которое непосредственно привело физиков к порогу микромира.

Один из путей к современной науке об элементарных частицах возник примерно в начале XVIII века в связи с исследованиями распространения электричества в разреженных газах. Эти исследования служили в свое время едва ли не образцом чрезвычайно сложной в техническом отношении и неблагодарной работы. Действительно, правильного понимания электрических явлений еще не было, а необходимость создания сосудов с высокой степенью разрежения газов, или, как говорят, с высоким вакуумом, порождала серьезнейшие трудности при постановке буквально каждого нового опыта.

И неудивительно, что основной наградой большинству ученых, рискнувших взяться за такую работу, было чисто эстетическое наслаждение - они могли долго любоваться замечательным свечением, возникающим при электризации колбы с достаточно хорошим вакуумом. Удивительно, пожалуй, другое - упорство и изобретательность, несмотря на все проблемы и неясности, приносили прекрасные плоды. Так, русский ученый В. Петров, который одним из первых стал систематически изучать зависимость электрического разряда в газах от формы электродов, расстояния между ними, уровня разрежения в сосудах, сделал в 1802 году открытие важнейшего явления - электрической дуги.

Решающий сдвиг в исследованиях стал возможен лишь после изобретения немецкого стеклодува Г. Гейслера, который в 1855 году предложил использовать для создания действительно хорошего вакуума принципиально новый ртутный насос.

В течение последующего десятилетия изучение явлений в газонаполненных разрядных трубках поднялось на качественно новый уровень. Были повторены и значительно расширены все основные эксперименты, а главное - был твердо установлен особый вид свечения стеклянной оболочки колбы, так называемая флуоресценция, под действием неизвестных агентов, вылетающих с отрицательно заряженного электрода - катода. Этот эффект смогли не только обнаружить, но и довольно подробно исследовать именно в вакуумных трубках с чрезвычайно высоким разрежением. Таинственные агенты, вызывающие свечение, были названы катодными лучами.

Однако после открытия катодных лучей потребовалось еще несколько десятилетий для того, чтобы уверенно отождествить их с потоком элементарных частиц вещества. Вокруг результатов основных экспериментов разгорелась настоящая война идей.

Ряд крупных физиков полагали, что катодные лучи имеют ту же природу, что и свет, то есть катод излучает некоторые волны. К лагерю волновиков примыкал, в частности, первооткрыватель электромагнитных волн Г. Герц. Даже сам автор термина "катодные лучи" немецкий физик Э. Гольдштейн, который сделал первое подробное описание их характеристик, был уверен в правильности прямой аналогии со световыми явлениями.

Точка зрения противников сводилась к тому, что новые лучи состоят из отдельных заряженных частиц, как говорили в те времена, корпускул. Сторонники корпускулярной гипотезы, в конечном счете, восторжествовали, и главная заслуга в этом принадлежит двум английским ученым У. Круксу и Дж. Дж. Томсону.