Моментальная фотография

Пока теоретики обсуждали проблему кварков, экспериментаторы подготовили для них великолепный сюрприз. В Стэнфордском университете был запущен новый ускоритель электронов на энергию в 17 миллиардов электрон-вольт.

С помощью ускоренных до такой степени электронов уже можно было попытаться "заглянуть" в глубь нуклонов. И профессор Панофский поставил специальный эксперимент, надеясь, что ему удастся обнаружить составные части протона. Если они, конечно, существуют. Идея этого опыта была подсказана моделью кварков.

Предоставив теоретикам право оттачивать свое теоретическое оружие в словесных поединках на международных конференциях и совещаниях, экспериментаторы решили наконец взять "быка за рога". Если кварки нельзя пока ни создать, ни обнаружить в макрообъектах, то нельзя ли попытаться узнать, есть ли они в нуклонах. Но как это лучше сделать?

В старых опытах Р. Хофштадтера по определению размеров нуклонов длина волны электронных разведчиков была так велика, что невозможно было различить детали, и воспринимались лишь общие контуры нуклонов. Ну так же, как дальнозоркие люди воспринимают детали предмета, расположенного вблизи глаз. Поэтому для решения новой задачи годились только электроны очень большой энергии с малой длиной волны. Теперь необходимо было выяснить, как рассеиваются электроны, отдав протону значительную часть энергии. Задача не из простых. Нужно не только зарегистрировать электрон, летящий под определенным углом, но и измерить его энергию.

И вот когда все технические трудности остались позади, в руках ученых оказались длинные вереницы цифр, удручающе действующие на неспециалиста. А это был прекрасный итог сложного эксперимента. Но было бы ошибкой думать, что физику достаточно бросить на эти цифры беглый взгляд, чтобы воскликнуть: "Эврика!" Всем не терпелось узнать: что нашли в нуклонах быстрые электроны? Как они отдали свою энергию: целиком одному протону или каким-то его частям?

А пока надо было как можно точнее учесть все возможные ошибки, какие могли внести сами условия эксперимента, и провести заключительный этап - математическую обработку результатов. Вот тут-то и заговорили цифры, да еще как!

"Протон похож на шарик не из желе, а из малинового джема с семечками", - так передал свое впечатление один из теоретиков, интерпретировавших результаты Панофского. Рассеяние электронов происходило так, будто протон состоял из точечных частиц.

Известный американский физик-теоретик Фейнман окрестил их именем "партоны". Это слово образовано от английского "part", что означает "составная часть". Такое простое понятие содержит в себе не менее глубокую бездну неизведанного, чем загадочный "кварк".

В 1969 году на Международной Рочестерской конференции в Киеве физики впервые услышали о партонах. Многие из них сразу задумались: можно ли отождествить партоны с кварками?

К сожалению, четкого ответа на это? вопрос не существует. Природа партонов не ясна. Одни предполагают, что партоны - пи- или ка-мезоны. Другие считают, что партоны подобны кваркам. Действительно, если им приписать дробный электрический заряд, то теоретические расчеты хорошо согласуются с экспериментом.

И все-таки нельзя считать доказанным существование кварков. Рассеяние быстрых электронов на нуклонах дает нам, как говорит Фейнман, лишь "моментальный снимок" составных точечных частиц в нуклоне, А по нему невозможно судить о том, как они должны выглядеть в свободном состоянии и какими свойствами должны обладать.

Хорошо знакомый нам нейтрон имеет разные свойства в зависимости от того, где он находится: в свободном состоянии или же, например, в любом атомном ядре.

Ядро это стабильно, а извлеченный из него нейтрон нестабилен. Не проходит четверти часа, как он распадается на протон, электрон и нейтрино.

Кварк с дробным зарядом и большой массой тоже должен подвергнуться метаморфозе, если когда-нибудь очутится в свободном состоянии. Разве сморщенный комочек резины похож на красивый надутый шарик?

Какими окажутся партоны, если их удастся рассмотреть подробно, - неизвестно. И здесь открывается безбрежный простор для теоретического воображения!