Американците
Дейвид Грос, Дейвид Полицър и Френк Уилчек получиха Нобеловата
награда по физика за своите открития и изследвания в областта
на силните взаимодействия и кварките. Те работят съответно в
Калифорнийския университет, Калифорнийския и Масачузетския
технологически институти и са направили важни открития в
теорията на елементарните частици. Резултатите от
изследванията им са публикувани през 1973 година и са довели
до създаването на теорията за взаимодействието на кварките. |
|
Двама от тримата - Франк Уилчек
и Дейвид Грос |
През 1963,
десет години преди изследванията
на новите Нобелови лауреати, в езика на физиците се
появи странната дума “кварк”. Те не я измислиха, а я взеха от един
роман на големия ирландски писател Джеймс Джойс, където героят
сънува кошмар и бълнува: “Три кварка, три кварка за мистър Марк…”
Джойс не обяснява какво е това “кварк” – във всеки случай то е
нещо странно, необичайно, фантастично, може би дори чудовищно.
Именно затова физиците Гел-Ман и Цвайг си я харесаха. Защото тези
частици са изключително чудновати, и в същото време толкова
необходими, за да внесат някакъв ред в обърканата дотогава теория.
Отначало
физиците познаваха само две частици – протона и електрона. После
към тях се присъедини и неутронът. И тази триада е напълно
достатъчна, за да изгради атомите на всички елементи: ядро от
протони и неутрони, около което обикалят електрони. Добре, но
физиците започнаха да откриват и нови неделими частици – различни
видове хиперони, мюони, пи-мезони и така нататък. Оказа се, че
частиците, окичени със званието “елементарни”, са повече от 200!
Този богат асортимент на основни градивни елементи на материята е
подозрителен.
Не може да не ни
учуди разточителността
на природата,
създала с лека ръка толкова различни и в известен смисъл даже
ненужни модификации на частиците, които изграждат веществото. А
може би елементарността на известните днес частици е мнима, може
би те са изградени само от няколко наистина основни, неделими
частици? Съгласно новата (тогава) хипотеза всички частици (с
изключение на електрона, фотона и неутриното, които са от друга
опера) се изградени само от три сорта тежки и неделими елементарни
обекта – кварки. Те заедно със своите античастици се комбинират по
определени правила и така изграждат частиците, които дотогава са
били приемани за елементарни.
Започнаха
опитите да се разбият смятаните дотогава за неделими протони,
неутрони и така нататък, за да се получат “чисти” кварки. И тук
изследователите
удариха на камък
в буквалния
смисъл на думата. Колкото и да увеличаваха енергията в
ускорителите, колкото и хитроумни начини да изобретяваха за
бомбардиране на частиците, те си оставаха неделими. Защо? Този
въпрос дълго време измъчваше учените, тъй като неделимостта на
частиците заплашваше с рухване на красивата и елегантна кваркова
теория.
И тогава се
появиха работите на Грос, Полицър и Уилчек. Те установиха едно
много важно свойство на силните взаимодействия, които обясняват
защо опитите да се получи отделен кварк дори теоретично са
обречени на неуспех.
Какво означава
“силно взаимодействие”? Работата е там, че всички сили
взаимодействия в природата могат да се сведат само до
четири основни
сили
Първото
взаимодействие е гравитационното. Благодарение на него планетите
се въртят около Слънцето и ябълката пада от дървото. Втората сила
е електромагнитната, тя управлява не само електрическите явления,
но и всички химически процеси. Третото взаимодействие се нарича
слабо, то действа само в атомите и на него се дължи един вид
радиоактивност, известно като бета-лъчение. А в недрата на
атомното ядро действа силното взаимодействие, за което по-нататък
ще стане дума. Защото именно неговите особености са открили
тримата нови Нобелови лауреати.
Всички други
сили отслабват с увеличаване на обектите. Колкото е по-далече една
планета, толкова по-слабо става нейното гравитационно привличане.
Два наелектризирани предмета си взаимодействат толкова по-малко,
колкото по са отдалечени. Същото е и при слабите взаимодействия.
Само при силните е точно обратното.
Колкото повече
се отдалечават обектите, толкова по-могъща става силата, която ги
придържа един към друг. Една доста груба аналогия ни дава
пружината за разтегляне – колкото повече се мъчиш да раздалечиш
двата й края, толкова по-трудно става. И затова кварките не могат
да се отделят един от друг. Ето, това са установили Грос, Полицър
и Уилчек.
Но това, че
кварките не могат да”живеят” в свободно състояние, съвсем не
означава, че те не съществуват. Кварковата теория днес е
общоприета почти от всички физици по света, защото тя – и само тя
– дава едно пълно обяснение на цялото разнообразие на микросвета.
Нобеловият
комитет е предпазлив и дава наградите си само на открития, които
са преминали през изпитанията на времето. И това, че работите на
тримата физици са отличени 31 години след публикуването им,
показва, че те са създали една наистина “работеща” теория с
непреходно значение за развитието на модерната физика. |