Юрий Чирков - Охота за кварками

• Название: Охота за кварками
• Автор: Юрий Чирков
• Издательство: Молодая гвардия
• Жанр: Научпоп
• Год: 1985

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 широкие круги читателей.

---

И вдруг такое!.. И если его что-то и утешало, так это быстрые успехи в атомной стрельбе.

С 1906 года лорд Нельсон (позднее, в 1931 году, за научные заслуги Э. Резерфорд получил этот громкий титул), действующий совсем в духе прославленного английского флотоводца, организовал систематический обстрел атомов. Снарядами были α-частицы, мишенью — металлические экраны из фольги.

Результаты этих исследований вскоре потрясли научный мир, хотя все это было похоже на стрельбу из пушек по воробьям!

Действительно, подавляющее большинство атомных снарядов с легкостью пролетало сквозь толстенный слой золотой фольги (толщиной в несколько тысяч атомов), как если бы она была прозрачной, и регистрировалось на фотопластинке, помещенной за экраном. Следовательно, атом в целом представляет собой весьма рыхлое образование с множеством пустых областей. (Так ученик опроверг модель своего учителя Дж. Томсона.)

Однако, к удивлению Э. Резерфорда, отдельные α-частицы искривляли свою траекторию заметным образом.

Некоторые даже поворачивали назад! «Как если бы я увидел 16-дюймовый снаряд, отскочивший от листа газетной бумаги» — так комментировал свои опыты экспансивный Э. Резерфорд. Он же дал и верную интерпретацию этому явлению. Вывод мог быть только один: частицы-пробники сталкивались с чем-то очень массивным, непроницаемым и заряженным положительно.

Так Э. Резерфорд в 1911 году открыл у атома ядро.

Атомно-артиллерийские залпы раздробили-таки атом, подтвердив верность планетарной модели Ж. Перрена.

Атом теперь можно было разбирать на части: ядра и электронные оболочки. И еще в атоме было преизобилие пустоты, того вакуума, о котором первым заговорил Демокрит.

Электроны способны перемещаться относительно ядра.

Они «размазаны» по пространству. Потому-то атомы и выглядят твердыми материальными образованиями. Но все это видимость, мишура. Легко показать, что пустота отвоевала себе в атоме львиную долю объема.

Размер атома 10-8 см, его объем 10-24 см3. Те же величины для ядра (следствие опытов и расчетов Э. Резерфорда): 10-12 см (размер ядра) и 10-36 см3. Так что на долю ядра в атоме приходится только 10-36/10-24 = = 10-12 часть (!), где и сконцентрировано 99,9 процента всей массы атома.

Так вакуум еще раз, и очень весомо, напомнил о себе.

«Зоологический» период

Две тысячи лет понадобилось науке, чтобы удостовериться в том, что все вещества состоят из молекул. Еще через 200 лет ученые низвели молекулы до атомов, разъяв и их на составляющие. А всего примерно 20 лет спустя они осознали, какое скопище частиц скрывается под атомной оболочкой.

В 1914 году Э. Резерфорд подверг обстрелу электронами водород. При этом нейтральные атомы становились положительно заряженными. Ученый отождествил их с положительным зарядом, находящимся согласно ядернопланетарной модели Ж. Перрена в центре атома водорода. Так был открыт протон. Имя ему дал Э. Резерфорд.

Дальше — больше: в 1930–1932 годах тот же лихой артатомообстрел выбил из недр ядра новую частицу — нейтрон (он подобен протону, но лишен заряда, «нейтрум» по-латыни значит «ни то, ни другое»). Тогда же (1932) советский физик Д. Иваненко выдвинул гипотезу — она вскоре была подтверждена и общепринята, — что все атомные ядра состоят из протонов и нейтронов.

Наконец-то смысл таблицы Менделеева стал абсолютно ясен. Количество протонов в ядре и равное ему количество электронов на орбитах определяет тип атома, его точное место в таблице Менделеева. Суммарное же количество протонов и нейтронов в ядре обусловливает атомную массу.

На радостях физики собрались за праздничным столом. Однако заздравные тосты — славили стройность картины мироздания! — то и дело прерывали все новые и новые сообщения об открытии нежданных, казалось бы, даже лишних, непрошеных элементарных частиц.

Этот «бум» открытий требовал все новых имен. В спешке частицы сылп называть просто буквами. Так возникли А-частицы, Z-частицы и многие другие.

Позитрон, нейтрон, мю-, пи-, ка-мезоны, дельта-барионы, омега-гипероны, антипротон, антинейтрон, кси-минус-гиперон, анти-снгма-мииус-гиперон, многочисленные резонансы, о которых ученые долго спорили, считать ли их за элементарные частицы или нет, семейство пси-частиц…

Получилось, что в шутливом лозунге из фильма М. Ромма «9 дней одного года» (А. Баталов и И. Смоктуновский играли в нем физика-экспериментатора и физика-теоретика) — «Откроем новую частицу в третьем квартале!» — был вполне реальный смысл. Ведь примерно за 30 лет, считая с послевоенного 1945-го, в среднем в мире открывали одну частицу в месяц!

Было отчего сойти с ума. Демографический взрыв народонаселения на планете сопровождался «демографическим взрывом» и в ядерной физике. Число элементарных частиц достигло к 1974 году двух сотен — примерно в два раза больше, чем элементов в таблице Менделеева!

Раздраженные, огорченные неудачей многочисленных попыток как-то систематизировать ораву элементарных частиц, навести тут хотя бы относительный порядок, физики назвали это смутное время «зоологическим» периодом. (Об этой черной полосе ядерной физики и вспоминал в начале этой главы Д. Блохинцев.)

В те времена какой-то весельчак подсчитал, что с 1911 года число элементарных частиц удваивалось каждые 11 лет (средний период солнечной активности!). Он же отметил, что точно так же (лишь немного медленнее, всего на 1 процент) растет и численность физиков. Но тогда получалось (задача на сложные проценты), что через 13 тысяч лет на Земле будет ровно столько физиков, сколько открыто будет к тому времени элементарных частиц. И каждый физик станет специализироваться на своей собственной частице, и каждый будет прославлен.

Но ученые смеялись сквозь слезы: «элементарными» можно назвать три, пять, ну, десяток микрообъектов, не больше! Счет же на сотни означал одно: физика элементарных частиц переживает кризис. Теперь необходимо было уже не открывать новые частицы, а «закрывать» старые.

Джойс

А теперь стоит немного рассказать о человеке, который, не будучи физиком и совершенно не помышляя об этой науке, тем не менее оказался с нею связанным и даже помог дать название этой книге. Речь пойдет об ирландском писателе Д. Джойсе (1882–1941).

Родился он в Дублине, столице Ирландии, где также появились на свет О. Уайльд, Б. Шоу, поэт Б. Йитс.

Окончив Дублинский университет, в 1904 году Д. Джойс навсегда покинул родину, жил в Италии, Швейцарии, Париже.

В творчестве Д. Джойса нас будет интересовать лишь его последний роман — «Поминки по Финнегану», с подзаголовком «Жизнь человека ночью», которому он отдал 17 лет труда (тяжелого еще и потому, что зрение писателя катастрофически ухудшалось). Публиковался роман по частям в журналах под названием «Работа движется», окончательно увидел свет в мае 1939 года.

Содержанием этого произведения стали сновидения центрального персонажа Ируикера, хозяина одного из дублинских трактиров. Он засыпает после тяжелого субботнего вечера в своем заведении, где продавал посетителям пиво и виски.

Сон трактирщика — повод для Д. Джойса средствами сна проиграть всю предысторию и историю человечества, которая, по его мнению, кругообразна, циклична и потому не имеет ни начала, ни конца.

Роман отличается характерной для сна непоследовательностью, провалами в цепи развития событий, необыкновенными превращениями: так, четыре стены в спальне Ируикера говорят голосами четырех евангелистов, мертвые воскресают и т. д.

Здесь много комических эффектов, буффонады, ирландского фольклора. В частности, в романе использована баллада, где поется о Тиме Финнегане, каменщике, который упал со стропил и разбился насмерть. Друзья стали справлять по нем поминки. Но кто-то из них разбил бутылку виски, брызги попали в лицо Тиму, он ожил и пустился в пляс…

«Поминки по Финнегану» окончательно утвердили за Д. Джойсом (в западной критике) репутацию самого дерзкого писателя-экспериментатора. Особенно хвалят язык романа.

Д. Джойс полагал, что язык сновидения должен быть универсальным, поскольку во сне-де человек переступает национальные и языковые границы. Посему писатель собрал все европейские языки и попытался слить их воедино.

Как при строительстве Вавилонской башни, в романе царит смешение всех наречий, есть следы и русского языка — в реке Лиффи полощут белье pratschkats (прачки). Мелькают в тексте и модные слова: тоталитарный, наци, гестапо.

Один комментатор Д. Джойса заметил, что язык романа мог бы пригодиться в ЮНЕСКО в момент какой-нибудь невообразимой суматохи.

Неудивительно, что книга ни разу не была переведена полностью. Более того, даже по-английски роман нельзя читать без специальных «ключей» объемистых книг, в которых текст расшифровывается как криптограмма.