Журнал «Вопросы философии», 1962. № 6. С. 129—140.

1962 г.

Новые представления об элементарных частицах

Кто опубликовал: | 20.04.2019

Сила человеческого познания, приблизившая границы вселенной и обеспечившая человечеству современные достижения, не проявляет тенденции к снижению. Напротив, совершенствуя человеческие познания и расширяя их границы, необходимо всё больше заимствовать от природы всё, что позволяет открыть сила человеческого разума.

Френсис Бэкон

Ⅰ. Элементарные частицы не являются первичными элементами материи

1. Введение

А. После войны одна за другой были открыты новые элементарные частицы. Наши знания в этой области быстро совершенствовались, и в настоящее время созданы предпосылки для ещё более глубокого проникновения в сущность элементарных частиц.

В предстоящей беседе мне хотелось бы изложить свою точку зрения на элементарные частицы.

Б. Скажите, когда и в каком смысле было впервые употреблено понятие «элементарные частицы»?

А. В 1933 году был открыт нейтрон. Было установлено, что ядро атома состоит из протонов и нейтронов. Понятие «элементарные частицы» вошло в употребление именно в этот период. Оно представляло собой общее наименование частиц, составляющих атом: электронов, протонов и нейтронов.

Б. И понятие «элементарные частицы» использовали первоначально в значении первичного элемента вещества?

А. Да, Вы правы, но вскоре фотоны также стали относить к элементарным частицам, поэтому понятие «вещество» нужно представлять себе в более широком смысле.

Б. Считается ли правильной и в настоящее время точка зрения, согласно которой элементарные частицы являются первичным элементом материи?

А. По-моему, утверждение о том, что элементарные частицы являются первичным элементом материи, вообще неправильно. В 1932 году элементарные частицы рассматривались как основные составные элементы материи. И даже сейчас их нельзя разделить на более мелкие элементы. Однако было бы ошибочным утверждать на этом основании, что элементарные частицы — это вообще неделимые элементы материи. Игнорирование предположения о том, что на определённой ступени развития экспериментальной техники такое деление окажется возможным, является метафизическим и догматическим и не имеет ничего общего с наукой.

Б. В таком случае можно сказать, что название «элементарные частицы» выбрано неудачно.

А. Существует мнение, что название является лишь символом, и поэтому оно может быть каким угодно. Однако, если для обозначения какого-нибудь предмета употребляется неподходящее наименование, это может привести к неправильному представлению о самой сущности предмета.

Фактически точку зрения на элементарные частицы как на первичные элементы материи разделяют многие учёные-физики, и эта точка зрения до известной степени препятствует прогрессу науки.

Б. Это же можно сказать и в отношении атома?

А. Введённое древнегреческими философами понятие «атом» имело смысл предела делимости материи. Открытые в новое время атомы химических элементов вначале соответствовали этому понятию, однако в конце ⅩⅨ века это соответствие было утрачено. В то время большинство учёных-физиков мучительно переживало противоречие между своими фантастическими гипотезами и новыми экспериментальными данными, особенно после появления величайшего революционера — радия. Это, как писал Пуанкаре в произведении «Ценность науки», вызвало кризис науки.

2. «Электрон так же неисчерпаем…»

Б. Как правильно определить понятия «атом» и «элементарные частицы»?

А. Этот вопрос лучше всего изложен в «Диалектике природы» Энгельса 1. Там сказано:

«Новая атомистика отличается от всех прежних тем, что она (если не говорить об ослах) не утверждает, будто материя только дискретна, а признаёт, что дискретные части различных ступеней (атомы эфира, химические атомы, массы, небесные тела) являются различными узловыми точками, которые обусловливают различные качественные формы существования всеобщей материи…».

Если внимательно проследить ход бурного развития атомной физики в начале ⅩⅩ столетия, станет ясно, что атом не является пределом делимости материн, а представляет собой один из безграничного числа уровней строения материи различного качества, образующих природу. Элементарные частицы, хотя они сейчас и могут рассматриваться как первичные элементы материи, фактически являются лишь одним из уровней строения материи. Это, по моему мнению, правильная точка зрения.

Б. Но ведь Энгельс написал «Диалектику природы» раньше, чем положение о неделимости атома было опровергнуто экспериментальным путём.

А. Энгельс уже в 1867 году в письме к Марксу писал:

«Атом, который прежде изображался как предел делимости, теперь — только отношение, хотя сам г. Гофман на каждом шагу возвращается к старому представлению, будто существуют действительно неделимые атомы» 2.

Открытия электронов и радиоактивных элементов были сделаны значительно позднее. Учёные-естественники того времени ничего не знали о взглядах Энгельса на строение атома. Они были глубоко уверены в том, что атом, как говорит само его название, является пределом делимости материи. Поэтому они растерялись, когда были обнаружены новые факты. Они не хотели признать несостоятельность своей точки зрения, сомневались в самом существовании атома, скатывались к позитивизму, утверждая, что можно доверять лишь тому, что доказано экспериментальным путём. Однако и в новейшее время в атомной физике были консерваторы, продолжавшие утверждать, что атом неделим, а также позитивисты, сомневавшиеся в самом существовании атома. В то же время мысль учёных-физиков продолжала работать над изучением внутреннего строения атома.

Б. Разве в то время не было учёных, рассматривавших атом с точки зрения диалектического материализма?

А. К сожалению, среди учёных-физиков не было. Ленин в книге «Материализм и эмпириокритицизм» дал глубокий анализ кризиса в области физики. Обращает на себя внимание его известное выражение: «Электрон так же неисчерпаем, как и атом».

3. Элементарные частицы не являются точками

А. Одной из причин распространённости среди многих учёных-физиков взгляда на элементарные частицы как на первичные элементы материи является то, что теоретической базой, используемой для объяснения порождения, уничтожения, рассеяния и трансформации элементарных частиц, служит квантовая теория, в основу которой положена точечная модель взаимодействий. Собственно говоря, рассматривать элементарные частицы как математические точки можно лишь в том случае, если исследователь имеет дело со значительными областями во времени и пространстве, когда внутренней структурой элементарных частиц можно пренебречь.

Однако если при математически строгой разработке этой теоретической схемы, в основу которой положена точечная модель, добиваются известного успеха, то первоначальные допущения нередко забывают и легко приходят к ошибочному мнению, будто сам объект является математической категорией. В этом случае математические точки представляют себе как бесструктурные первичные элементы. Это неизбежно приводит к убеждению, будто элементарные частицы также относятся к этому же уровню строения материи и являются первичными элементами.

Б. Обычным, как я, людям трудно представить себе, что элементарные частицы — это математические точки.

А. Дети, закричавшие, что «король гол», были правы: люди, именующие себя ортодоксальной группой последователей квантовой теории поля, в той или иной степени впадают в математический мистицизм, напоминающий мистицизм школы Пифагора. Учёные этой группы под влиянием фантастических представлений о всемогуществе математических формул, несмотря на всю неопределённость представления об элементарных частицах как математических точках, не чувствуют натянутости такой их трактовки. То, что «королю разрешили ходить голым», сохраняя хладнокровие, объясняется «густым копенгагенским туманом».

Б. Основная идея интерпретации квантовой теории копенгагенской школой была не очень глубокой.

А. Когда на основе принципа дополнительности была отвергнута классическая модель, вместе с водой выплеснули и ребёнка. В результате создалась атмосфера, в условиях которой разделять мнение о том, что элементарные частицы являются структурными элементами материн, считалось преступлением.

Б. Но ведь точечная модель давно уже вызывала сомнение, так как она не давала возможности объяснить такие явления, как распад элементарных частиц и др.

А. Действительно, такого рода сомнение существовало, но оно относилось к области математических величин и не имело никакого отношения к физике, то есть к самому объекту. Например, когда Гейзенберг правильно осмыслил наличие абсолютной наименьшей единицы длины, находились люди, высказывавшие предположение о том, что квантовая теория поля, по-видимому, является абсолютно законченной теоретической схемой, и никто не сомневался, что элементарные частицы являются первичными, бесструктурными элементами материи.

4. Квантовая теория поля не является «вечной» теорией

Б. Учёные, рассматривающие элементарные частицы как первичные элементы материи, по-видимому, считают «вечной» и квантовую теорию поля.

А. Да, они считают, что природа состоит из «неделимых» элементарных частиц. Что касается движения в природе, то они признают спонтанно возникающее движение, описываемое новой теорией механики, основную сущность которой составляет квантовая теория поля, отражающая характер движения элементарных частиц.

Общее убеждение членов ортодоксальной группы состоит в том, что квантовая теория поля в настоящее время ещё не является совершенной, поэтому её нельзя считать «вечной». Если же в ближайшее время удастся преодолеть трудности с расходящимися интегралами, она может стать «вечной».

Б. Разве не удалось разрешить проблему расходящихся интегралов методом перенормировки массы и заряда?

А. Нет, не удалось. В квантовой электродинамике иногда удаётся исключить расходящиеся интегралы и найти выход из положения, но — не больше.

Б. Однако огромные успехи метода перенормировки массы и заряда в квантовой электродинамике всё-таки укрепили убеждение некоторых учёных в том, что квантовая теория поля, основанная на точечной модели, является «вечной».

А. Да, возможно. Однако при более глубоком рассмотрении этого вопроса становится ясным, что это не так. Для успешного применения метода перенормировки массы и заряда необходимо, во-первых, в какой-либо форме разрешить затруднения физическим истолкованием расходящихся интегралов и найти постоянные перенормировки; во-вторых, необходимым условием является ограничение типов возможных взаимодействий элементарных частиц специальной формой так называемых взаимодействий первого рода. Однако найти гарантию обеспечения этих условий в квантовой теории ноля едва ли представляется возможным.

В последнее время группа японских учёных, работающих в области атомной физики, пришла к убеждению, что в теории мезонов необходимо введение взаимодействий, не допускающих перенормировки массы и заряда. Если это подтвердится, то недостатки квантовой теории поля станут более явными и её перестанут считать «вечной» теорией.

Б. Вероятно, по вопросу о пределе применимости квантовой теории поля проводились различные дискуссии?

А. Да, разумеется. Самой известной является дискуссия вокруг выдвинутого Гейзенбергом предположения о существовании абсолютной длины, упоминавшегося выше, а самой важной — дискуссия о взглядах Бора. Материалы последней были опубликованы в 1930 году. В то время из структурных элементов материи были известны только электроны и протоны, а квантовая электродинамика, являющаяся теоретической схемой квантовой теории поля для случая частиц, взаимодействующих с электромагнитным полем, только что стала достоянием учёных.

В фарадеевских лекциях Бор, с одной стороны, отмечал успехи квантовой теории, а с другой — указывал на её недостатки и ограниченность. Он назвал те вопросы, которые не могли быть разрешены теоретически в то время. К ним относился вопрос о природе двух безразмерных величин, а именно: отношения массы протона к массе электрона M/m и величины постоянной тонкой структуры e2/hc. Говоря современным научным языком, была поставлена проблема спектра масс элементарных частиц и структуры их взаимодействий. Эти два фундаментальнейших элемента в квантовую теорию поля входят совершенно произвольно. Во всяком случае, основные теоретические принципы, определяющие опытные значения этих величин, следует искать за пределами этой теории. Это положение имеет очень большое значение в качестве довода в пользу того, что квантовая теория поля ни в коем случае, даже если она приобретёт законченную форму, не станет «вечной» теорией.

Б. Если придерживаться точки зрения, согласно которой элементарные частицы представляют собой один из уровней строения материи, то вопрос о «вечной» теории, по-видимому, вообще не имеет смысла?

А. Совершенно верно. Вообще говоря, в каждой теории всегда имеются элементы случайного. Если в теории случайность понимается как некоторая особая ступень необходимости, то теория может найти применение для исследования другого уровня строения материи, лежащего более глубоко по сравнению с тем, к которому относился исследуемый объект. К тому же если принять во внимание, что законы природы различных уровней качественно отличаются один от другого, тогда ни о какой «вечной» теории не может быть и речи. Если всё же какую-либо теорию считают «вечной», то все элементы случайного тогда приходится отнести в этой теории к разряду вещей, данных богом, и от их научного анализа отказаться.

5. Точка зрения Гейзенберга на элементарные частицы

Б. Кажется, в 1959 году Гейзенберг поместил в одной из газет статью, в которой писал: «В результате завершения моей теории физика будет вести исследования уже не вглубь, а вширь». Как Вы полагаете, верит ли Гейзенберг в создание «вечной» теории?

А. Взгляды Гейзенберга несколько отличаются от точки зрения ортодоксальной группы, которая считает, что элементарные частицы являются первичными элементами материи. Он рассматривает все элементарные частицы как различные структурные формы одной и той же «праматерии». Его «праматерию» характеризует некоторый спектр собственных колебаний «праматериального» поля. Предполагают, что «праматерия» описывается нелинейным уравнением, называемым «уравнением мира». Это уравнение определяет принципы образования элементарных частиц из «праматерии», поэтому, решая его, можно получить сведения о существовании и свойствах различных элементарных частиц. Одним словом, на этой основе можно создать «вечную» теорию, описывающую единство внутренней природы всех элементарных частиц.

Если учесть, что эта теория позволяет определить спектр масс элементарных частиц и структуру их взаимодействий, её можно считать более совершенной, чем традиционная квантовая теория. Тем, что она ставит вопрос о более глубоком уровне строения материи, следующем за элементарными частицами, она очень напоминает нашу теорию, на которой мы остановимся в следующем разделе. Однако она существенным образом отличается от нашей теории в вопросе о «неделимости» элементарных частиц и возможности создания «вечной» теории.

Точка зрения Гейзенберга имеет много общего со взглядами древнегреческих философов Пифагора и Аристотеля. Открытие им «уравнения мира» позволило найти, как он считает, «вечную» форму всех видов материи. Для Гейзенберга физика — это прежде всего «уравнение мира». Так заявил он в конце своей книги, уступая тем самым часть своих позиций теологии.

Ⅱ. Новые представления об элементарных частицах

1. Введение

Б. Расскажите о Вашей точке зрения на элементарные частицы.

А. Из нашей беседы можно уже было установить, что я рассматриваю элементарные частицы как один из нескончаемого множества уровней строения материи, качественно отличающихся друг от друга и в совокупности образующих природу. Моя точка зрения основывается на положениях материалистической диалектики.

Рассматривая этот вопрос, нужно прежде всего установить, относятся ли открытые к настоящему времени тридцать с лишним видов элементарных частиц к одному или нескольким, различным уровням строения материи.

Б. Элементарные частицы обычно подразделяют на четыре группы: барионы (протон p, нейтрон n, Λ‑, Σ‑, Ξ‑частицы), мезоны (π‑ и K‑), лептоны (нейтрино ν, электрон е, μ‑мезоны), фотоны (γ).

А. Известны три вида взаимодействий элементарных частиц: сильные, слабые и электромагнитные.

Элементарные частицы отличаются друг от друга также и характером их взаимодействий. Так, например, все частицы, относящиеся к группам барионов и мезонов, характеризуются способностью испытывать сильные и слабые взаимодействия; особенностью лептонов является отсутствие у них непосредственных возможностей для сильных взаимодействий; фотоны испытывают только электромагнитное взаимодействие с частицами, несущими электрический заряд.

Барионы и мезоны, в свою очередь, подразделяются на две группы: фермионы (частицы полуцелого спина) и бозоны (частицы целого спина). Те и другие характеризуются способностью испытывать между собой сильные взаимодействия. Иногда в отношении к ним применяют общее наименование: барион-мезонное семейство.

Б. Существует закон сохранения «странности» Накано — Нишиджима — Гелл-Манна, характеризующий сильные взаимодействия. Каково Ваше мнение о нём?

А. Этот закон отражает наиболее характерные свойства семейства барионов и мезонов.

2. «Составная» модель для барион-мезонного семейства

Таблица 1. «Составная» модель для барион-мезонного семейства
Частицы Обозначение Составляющие данную корпускулу основные частицы (и античастицы)
Протоны p основные частицы
Нейтроны n
Λ‑частицы Λ
Σ‑частицы Σ (pn̄Λ), (nn̄Λ), (np̄Λ)
Ξ‑частицы Ξ (p̄ΛΛ) (n̄ΛΛ)
π‑мезоны π (pn̄), (nn̄), (np̄)
K‑мезоны K (pΛ̄), (nΛ̄)

Б. Вы привели таблицу, характеризующую «составную» модель для семейства барионов и мезонов, чтобы дать более наглядное представление о законе сохранения «странности» Накано — Нишиджима — Гелл-Манна?

А. Совершенно верно. Если придерживаться точки зрения ортодоксальной группы и считать, что элементарные частицы являются первичными, бесструктурными элементами, то закон сохранения «странности» Накано — Нишиджима — Гелл-Манна можно рассматривать только как проявление произвола господа бога. Если же принять точку зрения, согласно которой из некоторых основных частиц образуются остальные частицы, являющиеся составными, то есть представляющие собой один из более глубоких уровней строения материи, то можно логически объяснить смысл и значение этого закона.

Закон Накано — Нишиджима — Гелл-Манна определяет «форму» сильного взаимодействия, поэтому его можно назвать формальным законом. Что касается меня, то при разработке своей модели я ставил целью поднять «формальную» логику этого закона до уровня материалистической, содержательной логики.

Б. Рассматривая Вашу модель, можно сделать вывод, что члены барион-мезонного семейства p, n, Λ и их античастицы являются «основными» элементарными частицами (таблица 1).

А. Да. Следовательно, если говорить, например, только о мезонах, то предложенная ранее модель Ферми — Янга даст те же результаты. Однако, по существу, эти две модели коренным образом отличаются друг от друга. Модель Ферми — Янга основана на простой идее уменьшения элементарных частиц, на так называемом принципе «разумной экономии», в то время как моя модель, основанная на экспериментальных данных, полученных в результате изучения закона Накано — Нишиджима — Гелл-Манна, содержит в себе определяющие методологические принципы создания чёткой теории.

Б. Расскажите, пожалуйста, несколько подробнее о Вашей работе над «составной» моделью.

А. Когда был открыт закон Накано — Нишиджима — Гелл-Манна, я обратил внимание на большое сходство между возможной теорией семейства барионов и мезонов и теорией атомного ядра, предложенной ещё в 1930 году. В 1930 году при изучении атомного ядра был установлен простой закон, в силу которого в случае чётного массового числа спин ядра равняется 1, а в случае нечётного массового числа — ½. Однако смысл этого закона в то время понять было невозможно.

В 1932 году были открыты нейтроны. После того как Иваненко и Гейзенберг предложили модель, из которой вытекало, что атомные ядра представляют собой совокупности нейтронов и протонов, эти закономерности в значениях спинов ядер, а также другие свойства атомных ядер удалось осмыслить.

Я размышлял над историей этого открытия, проводил аналогию с теорией атомного ядра и пришёл к идее создания «составной» модели. Роль, которую в теории атомного ядра играли нейтроны, теперь, по-видимому, перейдёт к Λ‑частицам. Меня охватило чувство безмерной радости, когда идея «составной» модели созрела и стало ясно, что мистическая, чисто внешняя, «формальная» логика схемы Накано — Нишиджима — Гелл-Манна сразу же уступила своё место ясной и чёткой материалистической, содержательной логике. Замечательным примером этого является замена так называемой теории «странности» чёткой и ясной теорией числа Λ‑частиц, входящих «в состав» данной элементарной корпускулы.

Б. Действительно, это так.

А. Согласно моей модели, «составные» частицы π, К, Σ, Ξ «находятся», принадлежат к тому же уровню строения материи, что и атомное ядро. На схеме это выглядит следующим образом:

молекула атом атомное ядро основные частицы
гиперфрагмент
составные частицы

Следовательно, теория нашей модели и сейчас развивается по образцу теории атомного ядра и параллельно ей.

Вначале Мацумото 3 предложил своё уравнение для спектра масс в противовес уравнению Вейцзеккера. Это уравнение привело к простым и смелым допущениям. Оно не только объясняет уже известные данные о значениях масс «составных» частиц, но в состоянии предсказать новые, ещё неизвестные частицы. Далее можно упомянуть также теорию Маки 4, которая в отличие от теории более тяжёлых протонов рассматривает с позиций квантовой теории поля, с учётом предела её применимости, нейтральные пи-ноль-мезоны.

Б. Аналогия со строением атомного ядра дала положительный эффект, но ведь бывают и такие случаи, когда она не даёт никаких плодотворных результатов?

А. Да, это верно. Законы традиционной квантовой динамики вполне применимы для рассмотрения движения протонов и нейтронов внутри атомного ядра, однако нет никакой гарантии того, что эта теория окажется применимой и для рассмотрения внутреннего строения «составных» частиц. Вполне возможно, что в этом случае будут иметь место совсем другие законы. Тем не менее я считаю целесообразными попытки смелых теоретических решений этого вопроса с учётом указанных выше обстоятельств.

Б. Что Вы думаете о целесообразности рассмотрения этого вопроса на стадии, когда законы внутреннего движения элементарных частиц ещё не установлены, с точки зрения теории групп, применявшейся при исследовании атомного ядра?

А. С тех пор, как Огава 5 и Клейн 6 применили концепцию «глобальной симметрии» также и к «составной» модели, методы теории групп и здесь получили дальнейшее развитие.

3. «Глобальная симметрия»

Б. Что такое «глобальная симметрия»?

А. Это не что иное, как пренебрежение различием масс и наличием заряда у основных частиц p, n, Λ, образующих остальные, «составные» частицы. Как известно, любая совокупность протонов и нейтронов характеризуется свойством зарядовой независимости сильных взаимодействий между ними. Теория «глобальной симметрии» распространяет эту независимость и на Λ‑частицы, придавая ей, таким образом, всеобщий характер. Если использовать эту теорию и одновременно предположение о зарядовой независимости, то при замене p на Λ или n на Λ теория должна давать те же самые результаты.

Б. Это новое допущение?

А. Да. Следовательно, судить о его достоверности можно прежде всего по полученным результатам. Предположение о «глобальной симметрии» сделало возможным применение теории групп для исследования «составных» частиц, что, в свою очередь, привело к дальнейшему развитию теории «составной» модели.

Б. Какая группа соответствует «глобальной симметрии»?

А. Унитарная группа трёхмерных вращений. Структура этой группы тщательно изучена Икеда, Огава и Онуки 7.

Б. Каковы основные результаты исследования «составных» частиц с помощью теории групп?

А. Савада и Ёнедзава в ходе исследования «составных» частиц методами теории групп применили уравнение масс Мацумото и нашли положение резонансного уровня, обнаруживающегося при рассеянии частиц. Этот результат поразительно точно совпал с данными экспериментальных исследований рассеяния π‑ и K‑мезонов нуклонами. Метод сравнения теоретических и экспериментальных данных, по-видимому, ещё требует доработки, но такое совпадение с опытными данными в широком диапазоне энергии представляет большой интерес

Б. Совершенно удивительное совпадение.

А. Помимо открытия резонансного уровня, предсказано наличие некоторых новых частиц, например, нейтрального мезона π’0 с изотопическим спином, равным нулю, и частицы Σ*, напоминающей частицу Σ. Предположение о существовании частицы π’0 было высказано в связи с необходимостью объяснить давно уже известное распределение энергии частиц, вылетающих при распаде частицы Ke. Косвенные доказательства существования частицы Σ* появились в последнее время.

Б. Это важные результаты.

4. Слабое взаимодействие и «составная» модель

Б. По всей вероятности, в связи с принятием идеи «составной» модели появились новые представления и о слабом взаимодействии?

А. Да, высказано несколько новых точек зрения. Прежде всего необходимо отметить «изменение» самих основных частиц, характерное для случая слабых взаимодействий. Согласно теории «составной» модели, под влиянием сильных взаимодействий основные частицы совершенно не изменяются.

Б. Как хорошо известно, особенностью слабых взаимодействий является несохранение чётности. Этот факт, вероятно, можно объяснить наличием какой-то связи с непременным изменением основных частиц, о котором Вы сейчас говорили.

А. Думаю, что да. Однако до последнего времени этот вопрос оставался невыясненным.

Б. Вероятно, изучение слабых взаимодействий дало ещё более интересные результаты?

А. Об этом я сейчас скажу. Фейнман и Гелл-Манн 8 провели в своей работе анализ слабых взаимодействий и описали их основные свойства. Слабые взаимодействия вызываются зарядово-обменным током Jμ (будем называть его током Фейнмана — Гелл-Манна), обусловленным барионами и лептонами. Можно предположить, что энергия взаимодействия имеет форму J, Jμ. Если подходить к этому явлению с точки зрения теории «составной» модели, то, поскольку барион как «составная» частица состоит из трёх частиц вида p, n или Λ, то ток может быть вызван только переходами двух видов: между p, n и между p и Λ. Отсюда можно вывести правило, что в случае слабых взаимодействий количество Λ-частиц (следовательно, «странность») может измениться самое большее на единицу (следовательно, ΔS = 0, ±1). Результаты экспериментальных исследований совершенно не противоречат этому правилу.

Недавно установлен чрезвычайно важный факт, свидетельствующий о том, что разность масс частиц K01 и K02 измеряется величиной порядка 105 электроновольт. Если допустить, что существуют слабые взаимодействия с ΔS = ±2, то эта разность должна была бы составить примерно 10 электроновольт. Это также в значительной степени подтверждает рассмотренное выше правило.

Б. Теория «составной» модели имеет в данном случае большое значение?

А. Да, кроме приведённых выше правил, выведенных на основании теории «составной» модели, можно указать ещё на отсутствие тока, удовлетворяющего соотношению (ΔSQ) = −1 (ΔQ означает изменение заряда). Это подтверждается экспериментально (переход не обнаруживается).

Σ+ → n + e+ + ν

Б. Да, действительно это так.

А. Важным является также вывод о сохранении векторного тока. Ток Фейнмана — Гелл-Манна состоит из векторной части и аксиально-векторной части. Обращает на себя внимание почти полное совпадение величин векторных токов, связанных с β‑распадом и μ‑распадом. Для объяснения этого явления Фейнман и Гелл-Манн выдвинули допущение о сохранении векторного тока. Однако, если исходить из теории «составной» модели, это допущение становится очевидным фактом.

Б. Это очень интересно.

А. Недавно Онуки получил весьма интересные результаты также и в отношении аксиально-векторного тока. Гелл-Манн и Леви для обоснования расчётов Гольдбергера и Треймана по распаду π‑мезонов выдвинули допущение, что дивергенция аксиального тока пропорциональна π‑мезонному полю. Онуки, исходя из теории «составной» модели, показал, что идея Гелл-Манна и Леви может быть принята в том виде, как она предложена.

5. «Киевская симметрия» и «нагойская» модель

Б. С принятием «составной» модели число элементарных частиц значительно сократилось. Имеется всего семь видов частиц: основные частицы p, n, Λ семейства барионов, частицы ν, е, μ семейства лептонов и фотон. Не так ли?

А. Барионы и лептоны имеют античастицы, поэтому всего насчитывается 13 различных видов элементарных частиц.

Б. Имеются ли какие-нибудь данные о связях между этими частицами?

А. В 1959 году при открытии Международной конференции в Киеве Маршак сообщил, что если иметь в виду только слабое взаимодействие, то становится ясным, что между барионами и лептонами наблюдается удивительное сходство; существует прекрасная симметрия относительно одновременной взаимной замены частиц: ν ← р, e ← N, μ ↔ Λ. По месту опубликования открытие это назвали «киевской симметрией», а по имени учёных, сделавших его,— симметрией Гамба — Окубо — Маршака. Это открытие имеет очень большое значение для изучения связей между барионами и лептонами.

Б. В этом открытии также заложены принципы перехода от чисто внешней, формальной логики к содержательной, материалистической?

А. Да, разумеется. Прежде всего попробуем расположить три основные частицы семейства барионов и три частицы семейства лептонов в два ряда:

p n Λ
ν е μ

В этом случае «киевская симметрия» выражает связи между верхними и нижними частицами. При рассмотрении связей в горизонтальном направлении оказывается, что между частицами p, n, Λ существует так называемая «глобальная симметрия».

«Нагойская» модель 9 рассматривает обе эти симметрии с точки зрения формальной логики. Согласно этой модели, три вида лептонов, так называемые базисные частицы, присоединяя к себе особую B+‑материю, несущую положительный электрический заряд, образуют основные частицы барион-мезонного семейства p, n, Λ. Следовательно, связь между барионами и лептонами можно, по-видимому, выразить следующим образом:

p = ‹B+, ν›, n = ‹B+, e›, Λ = ‹B+, μ›.

Если допустить, что источником слабых взаимодействий являются лептоны, а сильных взаимодействий — В+‑материя, то «киевская симметрия» и «глобальная симметрия» становятся понятными сами по себе.

Б. Да, действительно. Если придерживаться этой точки зрения, то отпадает необходимость в допущении воображаемых пространств, например, пространства изотопического спина.

А. Особенность нашей методологии заключается в том, что мы стоим за изгнание из физики всякого рода мистики, мешающей развитию науки. Можно сказать, что в этом отношении мы унаследовали традиции древнегреческой Милетской философской школы, боровшейся против истолкования природы с помощью мифов.

Б. Да, конечно. Интересно сравнить частицы ν, e, μ, B+ с четырьмя элементами философии Анаксимандра: воздухом, водой, землёй и огнём.

А. Такетани и Катаяма 10 указывают, что частицы μ и e отличаются друг от друга характером распределения «внутри» них электрического заряда (так называемая модель «Сан-Пауло»). Такого рода мысли встречались и у философов Милетской школы.

Б. Да, Анаксимен указывал, что воздух, сгущаясь, превращается в воду и землю, а рассеиваясь, превращается в огонь.

6. Действительная природа В+‑материи

Б. Можно ли считать, что В+‑материя представляет собой положительно заряженный бозон?

А. Это абсурд. Мы потому и называем эту субстанцию В+‑материей, что не считаем её такой простой. Что представляет собой В+‑материя, как из ν, e, μ, B‑материи образуются частицы p, n, Λ,— на эти вопросы ответят дальнейшие исследования учёных.

На современной стадии развития, напоминающей канун появления модели Резерфорда, появится много оригинальных моделей. Мне представляется возможной модель, согласно которой три различных по форме «сосуда» — частицы ν, e, μ «заполняются» В+‑материей и образуют частицы p, n, Λ. Если иметь в виду, что при «добавлении» В+‑материи энергия корпускул сразу возрастает, можно предположить, что В+‑материя вызывает как бы «брожение» вещества. Во всяком случае, ясно, что В+‑материю нельзя относить к квантово-механическому уровню строения материи. По всей вероятности, она относится к субквантово-механическому уровню.

Б. Это чрезвычайно интересный вопрос.

7. Модель «пранейтрино»

А. В заключение несколько слов о модели «пранейтрино» Такетани 11, которая расширила и углубила наши представления об элементарных частицах. Выше, говоря о модели «Сан-Пауло», мы уже несколько касались модели Такетани. Сущность этой модели состоит в том, что частицы e и μ получаются благодаря добавлению к нейтрино ν электрического заряда (будем называть его ε‑зарядом); при этом они отличаются друг от друга только распределением заряда «внутри» них.

В модели «пранейтрино» Такетани соединил вместе идеи «нагойской» модели и модели «Сан-Пауло». Из первой он заимствовал идею базисных частиц, из второй — добавление электрического заряда ε к нейтрино.

Такетани предложил до открытия действительной природы B+‑материи («нагойская» модель) рассматривать её как некоторый заряд.

Мацумото и Накагава 12 успешно использовали эту идею, положив её в основу уравнения масс Мацумото.

Б. Таким образом, если за исходный элемент принять частицу ν, то, придавая ей заряд ε или заряд B, можно получить все частицы: e, μ, p, n, Λ. Что же представляет собой в таком случае фотон?

А. Такетани считает, что фотон также является сложной частицей, состоящей из e и e+.

Б. Сейчас, когда наука пришла к понятию о «пранейтрино», создаётся впечатление, что совершенствованию наших знаний о материи пришёл конец.

А. Это неправильно. Предстоит исследовать действительную природу зарядов ε и B как субстанций субквантово-механического уровня строения материи. Нужно помнить, что, по-видимому, «нейтрино так же неисчерпаем, как и атом».

Примечания:

  1. 1955, стр. 236.
  2. К. Маркс, Ф. Энгельс. Избранные письма, 1947, стр. 187.
  3. K. Matumoto «Prog. theor. phys.», 16, 1936, 583.
  4. Z. Maki «Ргоg. theor. phys.», 16, 1956, 667.
  5. S. Ogawa «Prog. theor. phys.», 21, 1950, 110.
  6. O. Klein «Archiv Swed. acad. sci.», 16, 1959, 209.
  7. M. Ikeda, S. Ohnuki and S. Ogawa «Prog. theor. phys.», 22, 1959, 715; 23, 1960, 1073.
  8. R. P. Feinman and М. Gell-Mann «Phys. rev.», 109, 1958, 193.
  9. Ζ. Maki, M. Nakagava, V. Ohnuki and S. Sakata «Prog. theor. phys.», 23, 1960; 1174; Маки «Нихон буцуригаккайси», 15, 1960, 277.
  10. M. Taketani, Υ. Katayama, P. Leal Ferreira, G. W. Bund and P. R. de Paula e Silva «Prog. theor. phys.», 21, 1959, 799.
  11. M. Taketani and Y. Katayama «Prog. theor. phys.», 24, 1960, 661.
  12. K. Matumoto and M. Nakagawa «Prog. theor. phys.», 23, 1960, 1181.

Добавить комментарий