Читать «Радость познания» онлайн - страница 138

Все различные атомы устроены одинаково, но обладают разным числом электронов. Однако ядра отличаются друг от друга. Итак, мы начинаем изучать ядра. Их найдено огромное разнообразие с тех пор, как начались эксперименты по столкновению ядер — опыты Резерфорда и многие другие. Во-первых, начиная с 1914 года, когда ядра были открыты, оказалось, что их природа очень сложна. Это можно понять, если представить, что ядра тоже состоят из составляющих — протонов и нейтронов. Они взаимодействуют с некоторой силой, которая удерживает их вместе. Чтобы понять ядра, нужно немного лучше познакомиться с силами. Кстати, в случае атомов тоже существуют силы; это электрические силы, которые мы уже поняли. Но кроме электронов, существуют также электрические силы, которые можно представить световыми фотонами. Свет и электрическая сила объединяются в одной частице — фотоне. Электроны и фотоны существуют вне ядерного мира, то есть вне ядра. Теория поведения электронов — это квантовая электродинамика, за разработку этой теории я, собственно, и получил Нобелевскую премию.

Обратимся теперь к ядрам. Они состоят из протонов и нейтронов, их связывают между собой странные силы.

Следующая проблема — попытка понять, что это за силы. На роль переносчиков этих сил предлагались различные частицы, например мезоны, предсказанные Юкавой. Мы провели эксперименты по столкновению нейтронов и протонов высоких энергий и получили новые явления — когда мы сталкиваем электроны высоких энергий, возникают фотоны. Мы увидели, что при столкновении нейтронов и протонов возникают новые частицы. Это были мезоны. Получалось, что Юкава был прав. Мы продолжали эксперимент. И тогда произошло следующее: мы получили невероятное разнообразие частиц; не просто типа фотона, мы столкнули вместе фотоны, нейтроны и другие частицы и получили свыше 400 частиц разного вида — лямбда-частицы и сигма-частицы — все они были различны. И π-мезоны, и К-мезоны, и много других частиц. Кстати, мы также получили мюоны, но они не имели ничего общего с нейтронами и протонами. По крайней мере не больше, чем электроны. Существовала странная дополнительная частица, и мы не понимали, каково ее место. Она похожа на электрон, только тяжелее. По крайней мере мы нашли электрон и мюон, которые не взаимодействуют сильно с другими частицами. Те, другие частицы мы назвали сильно взаимодействующими частицами, или адронами. К ним относятся нейтроны, протоны и все прочие частицы, образующиеся при их столкновениях. Следующая проблема — представить свойства всех этих частиц в некотором организованном порядке. Это великая игра, и все мы в нее вовлечены. Она называется физикой высоких энергий, или физикой фундаментальных частиц. Обычно ее называют физикой фундаментальных частиц, но никто не верит, что 400 различных составляющих фундаментальны. Другая возможность состоит в том, что они сами составлены из более глубоко спрятанных составляющих. И кажется, для этого есть разумное основание. Выяснилось, что и теорию их можно разработать — это теория кварков; эти частицы, как и протон, и нейтрон, состоят из объектов, названных кварками (нейтрон и протон построены из трех кварков).