Охота за кварками

Так называется самопроизвольное превращение ядер, сопровождающееся испусканием электрона. Количественные измерения показывали, что испускаемые ядрами электроны имели энергию самую разную, хотя вроде бы в этом процессе должно выделяться вполне определенное количество энергии. Похоже было на то, что энергия куда-то исчезала.

Интерпретируя эти эксперименты, многие физики (среди них были и видные ученые, например, Н. Бор) заговорили о возможном невыполнении закона сохранения энергии, до тех пор одного из основополагающих законов мироздания.

Стали говорить о том, что-де энергия сохраняется только в среднем, а не в каждом элементарном акте.

Но вот странность! Если энергия при -распаде не сохраняется, то резонно было бы ожидать, что иногда энергии электронам будет не хватать, а иногда у них появится лишняя энергия. Так нет же! Выигрыша энергии у электрона никогда не наблюдалось. И В. Паули допустил, что вместе с электроном из ядра вылетает еще одна частица. Именно она, оставаясь незамеченной, уносит недостающую часть энергии.

Казалось бы, вопрос исчерпан. Эта гипотеза должна была бы сразу же прийтись по душе всем физикам, однако даже сам автор этого предложения говорил о безумии своей идеи, о том, что он предложил «что-то ужасное… нечто, что никогда нельзя будет проверить экспериментально». И верно, основания для подобных сомнений были, ведь масса и электрический заряд новой частицы обязаны были считаться ничтожно малыми, а то и вовсе равными нолю. Это свойство и дало повод итальянскому физику Э. Ферми окрестить частицу «нейтрино», буквально по-итальянски «нейтрончик», уменьшительное от уже известного тогда науке нейтрона.

Экстравагантность свойств нейтрино приводит к тому, что его взаимодействие с веществом пренебрежимо мало (на заряды оно не реагирует, а из-за ничтожности массы ему удается избежать и тенет сил тяготения). Поэтому зарегистрировать нейтрино чрезвычайно трудно.

И это при условии, что мы буквально купаемся в нейтринном море. Один только поток приходящих на Землю солнечных нейтрино необычайно велик около 10 ¹⁴частиц в секунду в расчете на каждого из нас; а есть еще нейтрино космического и земного (радиоактивность) происхождения.

Два десятилетия выдуманное теоретиком нейтрино героически боролось за свое реальное воплощение. И победило! В. Паули полагал, что при его жизни нейтрино не будет обнаружено, однако в 1955 году (за три года до смерти В. Паули) наблюдения нейтрино на ядерном реакторе — интенсивном источнике этих частиц — заставило большинство физиков поверить в эту частицу. А полное признание пришло только в 1959 году.

Сейчас позиции нейтрино в физике настолько прочны, что даже поэты начали слагать о нем стихи. Вот образчик нейтринной поэзии (отрывок из стихотворения Д. Апдайка «Космические разбойники»); неуловимость этих частиц, их способность к всепрониканию прежде всего, как видим, будоражит поэтическое воображение:

…Заряда не нужно, не нужно вам массы, Сквозь нашу планету идете бесстрастно. Что газ вам тончайший, что толстые стены Летите беспечно в просторах Вселенной. Как света фотоны проходят сквозь стекла, Так вы — через сталь, через медь, через…

Для адвокатов кварковой гипотезы история научного становления нейтрино приходится как нельзя более кстати. «Нет, — настаивают они, — кварки не выловлены только потому, что сети у экспериментаторов, видно, с дырками. Или заброшены не там, где надо. А то и просто им не везет…»

Не везет? Значит, не все еще потеряно; счастье обязательно улыбнется физикам, так рассуждают оптимисты.

Но им возражают скептики, они твердят свое: дело не в счастье; если в пруду нет рыбы, то никакие, даже самые совершенные удочки и крючки не спасут: улова не будет.

Может, к их словам стоит прислушаться?

Приметы придуманы сыщиком

Неудачи с кварками охладили многих исследователей.

Раздались голоса, что кварки — всего лишь удобная абстракция, что, возможно, в 2000 году на вопрос, что такое кварк, физик лишь недоуменно пожмет плечами, так как теория кварков к тому времени уже будет полностью забыта. «Если из собаки «исходят» звуки лая, то это вовсе не означает, что она состоит из них, — рассуждают некоторые физики. — Так и «слышимый» в экспериментах лай кварков не стоит, право, принимать слишком всерьез!»

Чтобы подкрепить эту свою точку зрения, скептики также увлеклись историческими изысканиями. Они стали вспоминать случаи, когда предсказания теоретиков не только не были подтверждены экспериментами, но позднее на поверку оказались вздорными и были справедливо преданы забвению.

«Не каждая из выдумок теоретиков должна обязательно материализоваться: полагать так было бы слишком наивно. Вспомните, — настаивают они, историю теплорода (жидкости, якобы переносящей тепло от тела к телу) и флогистона — этого гипотетического начала горючести. С их помощью в XVIII веке прекрасно объясняли очень многие явления — от горения тел до их нагревания и охлаждения».

Теория теплорода была прекрасно разработана. С. Карно в 30-х годах прошлого века с помощью понятия теплорода создал, как известно, теорию паровых машин. Тем не менее после того, как в сознании физиков укрепилось понятие о законе сохранения и превращения энергии, теплород был отброшен и забыт. О флогистоне забыли еще раньше.

История науки знает и еще более убедительный пример. Столетиями укреплялось и развивалось представление о мировом эфире, который якобы заполняет пространство и служит средой для распространения электромагнитных волн. Никто и ни в каком опыте не обнаруживал присутствия эфира, но без него, казалось, никак нельзя было объяснить распространение света и другие важные электромагнитные явления.

Свойства эфира описывали, старались определить его плотность, некоторые крупные ученые вычисляли вес атомов эфира. Но теория относительности навсегда отбросила эту гипотезу.

А между тем все факты и наблюдения, которые заставляли признать реальность существования классического эфира и вроде бы неопровержимо «доказывали» его присутствие, остались. Они только получили новое объяснение.

«Как и эфир, кварки — плод умственных спекуляций, — продолжают скептики, — ведь нет пока ни одного эксперимента, который однозначно требовал бы их реального существования. Разговоры о кварках — это дележ шкуры неубитого медведя. И давайте говорить не об охоте и о рыбной ловле, а лучше уподобим физиков-экспериментаторов инспектору-детективу. С точки зрения детективной истории о преступнике-кварке известно многое, если не все: заряд, спин и целый ряд других характеристик-примет. Бывало, ученые находили частицы, зная о них значительно меньше. И если рассуждать в таком ключе, то, видимо, следует честно признать: на сей раз приметы преступника (кварки) оказались придуманы самим сыщиком! Классификация элементарных частиц на кварковой основе, несомненно, очень удачна и полезна, соглашаются критики, — но искать в природе сами кварки ей-ей не стоит…»

Пока идут эти пререкания и споры (ведутся они и в наши дни), стоило бы вспомнить слова Э. Хемингуэя.

Вот что он писал в повести «Зеленые холмы Африки»:

«Настоящий охотник бродит с ружьем, пока он жив и пока на земле не перевелись звери, так же как настоящий художник рисует, пока он жив и на земле есть краски и холст, а настоящий писатель пишет, пока он может писать, пока есть карандаши, бумага, чернила…»

Добавим к этому: настоящий ученый не занимается спорами, а продолжает поиски. Разрабатывает все более совершенные методы для ловли кварков.