Юрий Чирков - Охота за кварками

Юрий Георгиевич Чирков

ОХОТА ЗА КВАРКАМИ

Серия "Эврика"

Вот уже 20 лет кварки интригуют физиков. Эти выдуманные частицы многое объяснили и могли бы стать первоэлементами, из которых построен мир если бы их удалось обнаружить! О головоломных путях познания которыми идут ученые о фантастичности картины мира открывающейся их глазам, о новейших научных достижениях физики рассказывает доктор наук Ю Чирков. Издание рассчитано на самые широчие круги читателей

Содержание

Введение

1. Элементарная неэлементарвоотэь

2. Ядерное сафари

3. В поисках простоты

4. Сколько у природы законов?

5. Гармония атомных сфер

6. Блудные сыны науки

7. Странности странного мира

8. Слон в кастрюле

9. Вселенная в электроне?

10. Пирамиды XX века

11. Инженеры торопят физиков

Заключение

Введение

Они пристально вглядываются в будущее и ждут появления новой теории элементарных частиц, как юная Ассоль ждала принца на корабле с алыми парусами.

Альберт Вейник

В 1931 году чешский писатель Карел Чапек побывал в Голландии. В очерке "Знакомство с чужими странами"

он писал: "В большинстве случаев нынешний путешественник проделывает в чужих странах, так сказать, обратный путь по истории. Начало его новым познаниям кладет центральный вокзал в столице; только после этого, постепенно, шаг за шагом он переходит к все более и более старинным предметам, как-то, скажем: кафедральные соборы, старинное искусство и амстердамское гетто, и только напоследок, в конце своих странствий, он открывает и голос самой страны, вроде мычания черно-белых коров или скрипа крыльев ветряных мельниц..."

Физиков, как, впрочем, и ученых других специальностей (наука едина: деление ее на отдельные дисциплины произвольно и временно!), тоже можно было бы уподобить путешественникам, отправившимся в некую условную страну. Как назвать ее? Страна Логики? Мекка Смысла? Царство Основных Законов?

И физики сначала различают в незнакомых краях лишь привычное, сходное с тем, что они оставили "дома"; и, как и обычные пилигримы, лишь постепенно начинают слышать "голос самой страны".

И все же аналогия эта не совсем точна! В книге речь пойдет о физике микромира, а значит, о мирах, масштабы которых - и временные и пространственные - становятся тем меньше, чем далее "путник" отходит от родных пенатов. Он простирает руки к "Африкам" и "Америкам", которых и в микроскоп-то не различишь - ко всем этим гиперонам, нейтрино, мезонам... Какое уж тут мычание черно-белых коров!

Гораздо лучше поиск физиков-ядерщиков сравнить с охотой. Но с охотой в особом, диковинном "лесу", заселенном невиданными чудищами и химерами, среди которых наиболее поразительны кварки.

Вот уже 20 лет как кварки продолжают интриговать ученых. Они многое объяснили и могли бы стать первоэлементами, из которых построен мир, если бы... если бы их удалось обнаружить! И охота за ними продолжается.

Как поймать африканского льва? Очень просто, шутят физики. Помещаем в заданною точку пустыни клетку, входим в нее и запираем изнутри. Затем производим инверсию пространства по отношению к клетке. Теперь лев внутри, а мы снаружи: лев пойман!

И шутки эти под стать их работе. Они тоже охотники, только необычные. Буквально стреляют из пушек по воробьям - многокилометровые ускорители построены для ловли крошек-невидимок. Часто не знают, на какого зверя отправляются охотиться. Порой не ведают, что делать с уловом, который, кстати, может исчезнуть у них на глазах...

О нетривиальности путей познания, которыми идут ученые, о фантастичности картины, открывающейся их глазам, о новейших научных приобретениях физики и будет рассказано в этой книге.

1

Элементарная неэлементарность

Мы пошли на площадь ученых. О, сколько там было ссор, разборов, схваток и погони друг за другом! Редко тут у кого-нибудь не было тяжбы с кем-нибудь иным; не только молодые (что можно было Сы приписать незрелости), но и сами старики досаждали друг другу... Стоило кому-нибудь что-либо высказать, как другой тотчас шел на отпор, даже о снеге и то затевали спор: белый ли он, или черный, горячий ли, или холодный.

Ян Амос Коменский. Лабиринт мира и рай сердца

- Что ни сезон, то мезон, - любил подтрунивать над физиками-ядерщиками академик С. Вавилов. Дело было в конце 40-х годов.

А в 1971 году член-корреспондент АН СССР Д. Блохинцев в беседе с журналистами рассказывал: "Когда я начинал работать в Объединенном институте ядерных исследовании в 1956 году, вот эта полка, где стоят отчеты о международных встречах физиков-атомщиков, была почти пустой. Теперь, как видите, она буквально забита материалами о конференциях, симпозиумах, семинарах.

Открылась новая область исследований. Физики обнаружили целый мир элементарных частиц. Когда-то я сам для себя составлял таблицу таких частиц, и мне понадобился лишь один вечер. А сейчас это уже довольно сложная схема. Специальный международный центр выпускает сведения об элементарных частицах, и каждый год они составляют тетрадку объемом около 50 страниц. Но даже специалисты, работающие в этой области, не могут вполне точно ответить на вопрос: сколько же в данный момент известно элементарных частиц?.."

Да, 10-15 лет назад под лавиной открытий оказался погребенным один из основополагающих для микромира терминов. Каждый год все более увеличивал группу "элементарных частиц". Открытия все новых и новых членов этой чересчур многочисленной семейки становились почти будничным делом, волнующим разве что узкий круг специалистов. Все это в конце концов не могло не привести к девальвации эпитета "элементарный". Так, уже в который раз подверглась сомнению с таким трудом ставшая достоянием большой науки идея атомизма.

Демокрит

Если взять какое-нибудь достаточно массивное тело и начать его дробить, получатся части, обладающие теми же свойствами, что и исходное тело. Тривиальная вроде оы мысль!

Но возьмем мяч, утюг, сковородку и разрежем, разломим их хотя бы пополам. В руках у нас окажутся полумячи, полуутюги, полусковороды - вещи, явно лишенные своих изначальных качеств. Предметы настолько же аосурдные, как, скажем, полтора дровосека.

Еще один образ. В рое пчел мы издали не видим отдельных насекомых. Все пчелы сливаются для нас в одну сплошную пчелиную тучу. Но это не значит, что пчел нет. И ясно также, что, вознамерившись разъять отдельных пчел на составляющие, мы вновь получим те же полсковороды.

Мораль? Дробление роя, так же как и дрооление любого физического тела, имеет смысл проводить лишь до некоторого предела. Вот так, естественным образом, и возникает в сознании идея атомизма.

Наиболее отчетливо это учение сформулировал один из величайших философов древности, грек Демокрит (жил в 460-370 годах до новой эры).

Демокрит учил: все состоит из невидимых для нас крошечных частичек, настолько малых, что меньшего и представить невозможно. Эти частички Демокрит назвал атомами, что по-гречески значит "неделимые".

Атомы, вызывая в нас ощущение сладкого, горького, белого, черного, сами не могут быть подвержены какимлибо действиям извне. Они неразрушимы, неизменяемы, вечны и могут только комбинироваться в самых разных сочетаниях. Чем же отличаются различные атомы меж собой? тт Четкого ответа Демокрит, естественно, не мог дать. И тут он поневоле вступал на шаткий путь догадок и домысла.

Атомы воды, полагал Демокрит, круглы и гладки. Оттого-то вода текуча и не имеет определенной формы. Атомы огня колючи - потому и жжет огонь так больно.

Атомы земли грубы и зубчаты - в результате соединенные вместе, они и образуют тяжелую и стабильную субстанцию.

Демокрит допускал, что атомы имеют разные размеры. И есть среди них и более тяжелые, и оолее легкие.

Различаются они и формой. Должны существовать атомы крючкообразные, якоревидные, шероховатые, угловатые, изогнутые - иначе они не сцеплялись бы друг с другом.

Любопытно, что, хотя Демокрит считал атомы неделимыми физически, он допускал у них мысленное выделение частей. И в самом мелком атоме были и верх и аиз, и левое и правое, и переднее и заднее, и середина.

Демокрит был настолько атомистом, что даже душу человеческую представлял состоящей из атомов - огненных, тонких, круглых и гладких. После смерти человека они разбредаются по Вселенной в разные стороны. Таким образом, Демокрит в бессмертие не верил.

И боги, полагал этот философ, также являют собой лишь комбинации атомов!

Когда поминают славное имя Демокрита, само собой в сознании возникает слово "атом". Но то, что он гениально выделил еще одну важнейшую сущность бытия, остается как-то в тени. А ведь Демокрит ввел понятие "вакуума", или пустоты, которое так интересует и интригует самоновейшую физику.

Атомы Демокрита немыслимы без пустоты. Она является основным условием движения атомов. В ней совершают свои замысловатые "танцы" атомные "вихри"; соединяются, сближаясь, в тела и отталкиваются, приводя к распаду и разложению. Так что материя есть не только атомы, но и пустота. И второе обстоятельство не менее важно, чем первое.