Охота за кварками

Думалось так: раз наша Земля, и Солнце, и Млечный Путь, все это результат сложной эволюции Вселенной, то, возможно, когда-то не было и протонов с нейтронами, а были только кварки. А уже потом из них образовалась материя, что окружает нас, но часть кварков — «реликтовые кварки» — не смогла воссоединиться в троицы.

Вот ловлей этих чудищ, сохранившихся в первозданном виде (они не смогли «выгореть» и превратиться в нормальные частицы), и занимались ученые.

К реликтовым кваркам следует добавить и те, которые могут образоваться, когда потоки космических лучей встречаются с веществом нашей планеты. Как ни малы тут шансы, все-таки Земля уже миллиарды лет подвергается воздействию космических лучей, если кварки существуют, они — как создания стабильные: распасться им уже не на что! — должны накапливаться в окружающем нас веществе.

Где искать кварки? В земной тверди, в воде океанов, в атмосфере?

Если доля кварков в веществе очень мала, их надо предварительно концентрировать. И были предложены разные проекты по обогащению океанической и иной кварковой «руды».

Химики и геохимики тоже включились в кварковые поиски. Надежда была на то, что кварки в принципе могут очень охотно соединяться с определенными химическими элементами. Не будут ли тогда залежи, в которых эти элементы встречаются особенно часто, и залежами кварков?

Исследовались и образцы осадочных отложений, взятых со дна океана: считалось, что массивные кварки должны скопиться там. Изучались даже раковины устриц, но и это не принесло желанного результата.

К стану кварколовов примкнули и биологи. Известно, что некоторые растения могут накапливать в своих тканях и клетках редкие элементы, рассеянные в окружающей среде в мизерных количествах (этой способностью отличаются, кстати, и многие представители фауны).

В северной Финляндии, например, есть лишайники, накапливающие стронций-90 (этот радиоактивный изотоп образуется при делении урана). Быть может, стоит поискать и растения — накопители кварков?

Предложений было немало. Попыток их реализации (конечно, наиболее активными были физики) также оказалось предостаточно. Но после завершения каждой такой акции неизменно звучал неприятный рефрен — «нет».

Это суровое слово, конечно, не перечеркнуло кварковой гипотезы, но и не способствовало укреплению ее позиций.

Правда, один положительный итог поиски кварков дали. Было совершенно точно установлено, что если свободные кварки и существуют, то концентрация их в веществе ничтожно мала: не превышает 10 ^{– 18}– 10 ^{– 20}доли от общего числа протонов и нейтронов (по некоторым данным кварков еще меньше: 10 ^{– 24}– 10 ^{– 30}!).

Космические разбойники

Тщательные поиски кварков ведутся вот уже два десятилетия. Большой для современной физики срок! Однако до сих пор никто уверенно ни одного кварка так и не «увидел».

Забавно, что пока физики-охотники «обшаривали окрестности», шла оживленная дискуссия о том, что означает само слово «кварк».

Вдруг обнаружилось, что его использовал И. Гёте.

В прологе к первой части «Фауста» Мефистофель говорит, что «бог сует свой нос во всякую дрянь». Звучит это по-немецки так: In jedem Quark begrabt er seine Nase.

Кроме того, оказывается, «кварк» также и творог.

В витринах молочных магазинов в странах, говорящих по-немецки, часто можно увидеть объявление: «Покупаем творог!» (Wir brauchen Quark!)

Не дремали и писатели. Фантасты, должно быть, завидуя славе Г. Уэллса, «открывшего» атомную бомбу за тридцать с лишним лет до Хиросимы, наперебой писали о кварковых бомбах.

Лингвистические и литературные дела шли успешно, а вот поиски физиков результатов не давали, что очень разочаровывало. В чем дело? Как объяснить неудачи?

Может быть, кварки живут столь мало, что никакие современные приборы не в состоянии их обнаружить?

Но, казалось бы, их даже сверхмимолетное присутствие должно было бы оставить какие-то следы: ядерные (уже долго живущие) продукты, разные излучения… Тогда, выходит, кварки вообще не существуют?

«Нет, — полагают сторонники существования кварков, — неоткрытие этих частиц — явление временное».

И в подтверждение этого своего мнения приводят различные исторические аналогии.

Ведь злословили же когда-то о кинетической теории газов, что молекулы-де только фикция и просто все происходит так, как если бы они существовали, но что в действительности-то их нет. Что это-де только понятия, которыми удобно пользоваться в химии и термодинамике.

Только много позднее эти «понятия» превратились в реальные молекулы и атомы.

И законы Г. Менделя были высказаны задолго до того, как гены были обнаружены и исследованы непосредственно.

О Г. Менделе (1822–1884) стоит поговорить немного подробнее.

Сын бедного австрийского священника, он был вынужден вступить послушником в августинский монастырь города Брюнна (ныне Брно, Чехословакия), был посвящен в священники, но никаких церковных обязанностей не исполнял, а занимался преподаванием наук и опытами по скрещиванию растений.

Г. Менделя интересовали две далекие друг от друга области — математика и ботаника. Ему нравилось возиться с растениями в монастырском саду, ибо с детства приобрел практические навыки в садоводстве.

Восемь лет неторопливо и тщательно этот странный монах скрещивал различные сорта гороха и терпеливо фиксировал результаты, подвергая их математической обработке. В 1865 году итоги работы были доложены в Брюннском обществе естествоиспытателей и опубликованы в «Записках» того же общества (1866).

Все это не вызвало никакого отклика в научном мире.

Не было ни дискуссий, ни просто вопросов к творцу новой науки. Чувствуя всю шаткость своего положения никому не известного любителя, Г. Мендель решил обратиться к светилам тогдашней ботаники. Его выбор пал на К. Негели. Однако тот лишь бегло проглядел работу, видимо, его, натуралиста старой закалки, оттолкнули математические выкладки. Ответ К. Негели был сухим и кратким.

При жизни Г. Менделя его выдающиеся, теперь классические, исследования не были по достоинству оценены, хотя не только К. Негели, но и другие крупные биологи знали о них. Ученый скончался, не подозревая о произведенном им революционном перевороте в научных взглядах. Лишь в 1900 году непонятная и забытая работа Г. Менделя привлекла всеобщее внимание. Сразу несколько исследователей — X. Де Фриз, К. Корренс и Э. Чермак — на собственных опытах убедились в справедливости выводов Г. Менделя. Но и тогда до экспериментального обнаружения генов — этих материальных носителей наследственности — все еще было очень далеко.

Сторонники существования кварков вспоминают и более близкие события. Скажем, такая частица, как нейтрино, возникла в физике так же, как и кварки, отнюдь не в результате ее экспериментального обнаружения.

Нейтрино «изобрел» швейцарский физик-теоретик В. Паули. Он сам не очень-то верил в свое открытие.

В письме участникам семинара в Тюбингене (1930 год) В. Паули сообщал о своей «отчаянной попытке» «спасти» закон сохранения энергии.

К новой частице физиков привели опыты с р-распадом.