зающих частиц столь  мало,  #  что  у  них  нет
эффекта взаимодействиЯ с чем-либо? # ‡десь материал современной
физики  заставлЯет  нас вспомнить о понЯтии Џустоты в восточном
мистицизме. Џодобно восточной Џустоте, "физический вакуум", как
он именуетсЯ в  теории  полЯ,  не  ЯвлЯетсЯ  просто  состоЯнием
абсолютной  незаполненности и отсутствиЯ всЯкого существованиЯ,
но содержит в себе  возможность  существованиЯ  всех  возможных
форм мира частиц. ќти формы, в свою очередь, представлЯют собой
не самостоЯтельные физические единицы, а всего лишь переходЯщие
воплощениЯ Џустоты, лежащей в основе всего бытиЯ. Љак говоритсЯ
в  известной  нам сутре, "форма есть пустота, а пустота, в свою
очередь, есть форма".

        ‘оотношение между  виртуальными  частицами  и  вакуумом
имеет в высшей степени динамическую природу; вакуум--это "живаЯ
пустота" в полном смысле этого слова, в пульсации которой берут
начало  бесконечные  ритмы  рождений  и разрушений. Ѓольшинство
физиков считают открытие динамической сущности вакуума одним из
важнейших достижений современной физики. €з пустого  вместилища
всех  физических  Явлений  пустота  превратилась в динамическую
величину   первой   важности.   ’аким    образом,    результаты
исследований    современной    физики    подтверждают   правоту
высказываний великого мыслителЯ –заЯ –аЯ:

        "„лЯ того, кто знает, что ‚еликаЯ Џустота наполнена ци,
нет такого понЯтиЯ, как несуществование" {60, 33}.

        ѓлава 15. ЉЋ‘Њ€—…‘Љ€‰ ’ЂЌ…–


        ‚ ходе  изучениЯ  субатомного  мира  в  двадцатом  веке
физики  обнаружили,  что вещество имеет динамическую природу, а
составные части атома, субатомные  частицы  представлЯют  собой
динамические  структуры, существующие не в виде самостоЯтельных
единиц, а в  виде  неотъемлемых  компонентов  неразрывной  сети
взаимодействий.  ќти  взаимодействиЯ  питает  бесконечный поток
энергии,  воплощающийсЯ  в  обменах   частицами,   динамическом
чередовании   стадий   созиданиЯ   и   разрушениЯ,  а  также  в
беспрестанных изменениЯх энергетических паттернов. ‚ результате
взаимодействий образуютсЯ  все  более  устойчивые  единицы,  из
которых  и  состоЯт  материальные  тела.  ќти  единицы,  в свою
очередь,  тоже  не   остаютсЯ   неподвижными,   но   ритмически
колеблютсЯ.    ’аким   образом,   всЯ   ‚селеннаЯ   оказываетсЯ
вовлеченной в бесконечный процесс  движениЯ  и  деЯтельности--в
постоЯнный космический танец энергии.

        ‚  этом  танце принимает участие бесчисленное множество
паттернов, которые, как это ни странно, мы можем  разделить  на
несколько основных разновидностей. €зучение субатомных частиц и
их  взаимодействий  открывает  нашему  взору  не мир хаоса, а в
высшей степени упорЯдоченный мир. ‚се атомы, а  значит,  и  все
материальные тела вокруг нас представлЯют собой сочетаниЯ всего
лишь  трех  материальных  частиц,  обладающих  массой: протона,
нейтрона и электрона. —етвертаЯ частица, фотон, не имеет  массы
и   ЯвлЯетсЯ   единицей  электромагнитного  излучениЯ.  Џротон,
электрон и фотон представлЯют  собой  устойчивые  частицы,  что
означает,  что их существование не прерываетсЯ до тех пор, пока
они не принимают участиЯ в столкновениЯх с  другими  частицами,
угрожающими им аннигилЯцией. ђаспад нейтрона, напротив, может с
легкостью  произойти  в  любой момент. ќтот процесс, получивший
название "бета-распада", представлЯет  собой  обычный  механизм
одной  из  разновидностей радиоактивных Явлений. # # € что? Ќет
ли тут указаниЯ  на  то,  что  ‡Ђђџ„  обеспечивает  #  какую-то
дополнительную  стабильность,  играЯ роль клеЯ? # Ћн состоит из
преобразованиЯ нейтрона в протон и  возникновениЯ  электрона  и
нейтрино.  Ќейтрино--еще  одна  частица,  не  имеющаЯ массы, но
характеризующаЯсЯ устойчивостью, подобно протону,  электрону  и
фотону. Ћбычно нейтрино обозначают греческой буквой u ("ню"), в
результате   чего  символическаЯ  запись  процесса  бетараспада
приобретает следующий вид:

        n --> p + e- + u (ню)


        Џреобразование нейтронов  в  протоны  влечет  за  собой
преобразование  атомов  радиоактивного вещества в атомы другого
элемента.  ‚озникающие  в  ходе  этого   химического   процесса
электроны испускаютсЯ атомами в виде мощного излучениЯ, которое
находит    широкое    применение   в   биологии,   медицине   и
промышленности. “становить факт возникновениЯ нейтрино  гораздо
сложнее,   так   как   эти   частицы  не  имеют  ни  массы,  ни
электрического зарЯда.

        Љак уже говорилось выше, длЯ каждой частицы  существует
аналогичнаЯ  античастица  с  такой  же массой и противоположным
зарЯдом.  Ђнтичастицей   длЯ   фотона   ЯвлЯетсЯ   сам   фотон,
античастица  электрона  называетсЯ  позитроном; помимо них, нам
известны антипротон  и  антинейтрино.  Ќа  самом  деле,  та  не
имеющаЯ    веса   частица,   котораЯ   возникает   в   процессе
бета-распада,   представлЯет   собой   не   нейтрино,   а   его
античастицу,  антинейтрино  (u-),  вследствие  чего наша запись
приобретает вид:

        n --> р + е- + u-


        “поминавшиесЯ до сих  пор  частицы---лишь  малаЯ  часть
всех   субатомных  частиц,  известных  современной  науке.  ‚се
остальные персонажи субатомного  мира  неустойчивы;  они  очень
быстро  распадаютсЯ на другие частицы, которые, в свою очередь,
могут тоже подвергатьсЯ распаду до тех пор, пока не  образуютсЯ
устойчивые  частицы.  €сследование  неустойчивых  частиц  очень
дорогостоЯщее, так как длЯ  каждого  эксперимента  эти  частицы
приходитсЯ   создавать  заново,  что  невозможно  без  огромных
ускорителей частиц, пузырьковых камер и  других  устройств  длЯ
детекции частиц.

        ‘амые  неустойчивые  частицы  существуют  на протЯжении
очень небольшого  промежутка  времени  по  сравнению  с  нашими
временными  масштабами--меньше  миллионной доли секунды. Ћднако
следует  учитывать,  что  продолжительность  их  жизни   должна
рассматриватьсЯ  в сочетании с их размерами, которые тоже очень
невелики. Џри таком подходе сразу становитсЯ очевидно,  что  на
самом     деле     продолжительность     существованиЯ     этих
частиц--довольно большаЯ величина, и что одна  миллионнаЯ  долЯ
секунды  фактически--огромнаЯ  продолжительность  жизни  в мире
частиц. —еловек за одну секунду  может  преодолеть  расстоЯние,
которое  в несколько раз превышает его собственные размеры. „лЯ
частицы  аналогичной  единицей  времени  будет  тот  промежуток
времени,  в  течение  которого частица преодолевает расстоЯние,
которое тоже превышает ее размеры в несколько раз; эту  единицу
времени  логично  назвать  "частице-секунда".  ”изики оценивают
продолжительность этой единицы времени в 1.0е-23  доли  обычной
секунды.

        „лЯ  того, чтобы преодолеть расстоЯние, равное диаметру
среднестатистического  Ядра  атома,  частице,   движущейсЯ   со
скоростью,  близкой  к  скорости  света  (как  это  происходит,
скажем,  вовремЯ   экспериментов   по   столкновению   частиц),
необходимо  примерно  десЯть  таких  частице-секунд. Ћколо двух
дюжин  из  всего  множества  неустойчивых  частиц,  прежде  чем
подвергнутьсЯ распаду, преодолевают расстоЯниЯ, равные размерам
нескольких  атомов.  ќто  расстоЯние  превышает  их собственные
размеры примерно  в  сто  тысЯч  раз,  и  длЯ  его  преодолениЯ
требуетсЯ  несколько сот "частице-часов". ќти частицы, нарЯду с
уже упоминавшимисЯ устойчивыми, перечислены в таблице  на  рис.
34.  Ѓольшинство  неустойчивых  частиц из этой таблицы могут до
своего распада переместитьсЯ на целый  сантиметр  или  даже  на
несколько  сантиметров,  а  неустойчивые  частицы  с наибольшей
продолжительностью существованиЯ  могут  преодолеть  расстоЯние
даже   в  несколько  сотен  метров,  которое  кажетсЯ  воистину
огромным по сравнению  с  их  собственными  размерами.  #  #  Љ
сожалению,  таблица утерЯна, саму книгу Я никогда # не видел, а
в физике частиц понимаю мало, посему # восстановить обозначениЯ
частиц не в состоЯнии. # …сли  кто-нибудь  из  физиков  пришлет
правки - # буду благодарен! #

        ’аблица  на рис. 34 включает тринадцать различных видов
частиц, многие  из  которых  могут  существовать  в  нескольких
"зарЯдовых  состоЯниЯх".  ’ак  пионы  могут иметь положительный
зарЯд (п+), отрицательный  зарЯд  (п-)  или  быть  электрически
нейтральными   (п0).  ‘уществует  две  разновидности  нейтрино,
различающиесЯ тем, что каждаЯ из  них  может  взаимодействовать
только с определенным типом частиц: перваЯ--с электронами (Ve),
втораЯ--с  мюонами  (ui).  Ђнтичастицы тоже включены в таблицу,
причем три частицы могут быть своими собственными античастицами
(гамма, ‹, i). ‚се частицы расположены  в  порЯдке  возрастаниЯ
массы  атомов:  фотоны  и  нейтрино  не  имеют  массы, электрон
представлЯет собой  легчайшую  частицу  из  обладающих  массой,
мюоны,  пионы  и  каоны  в несколько сот раз тЯжелее электрона;
Ћстальные частицы тЯжелее электрона в 1000-3000 раз.

        ‚се остальные известные к  настоЯщему  времени  частицы
относЯтсЯ  к  числу  так  называемых "резонансов". €м посвЯщена
следующаЯ глава. ђезонансы  еще  менее  долговечны,  их  распад
происходит  за  несколько частицесекунд, вследствие чего они не
могут преодолевать расстоЯниЯ, превышающие их  размеры  больше,
чем  в  несколько  раз.  ќто  означает,  что пузырьковаЯ камера
оказываетсЯ беспомощной и не может обнаружить присутствие  этих
частиц.  Џоэтому  свидетельства  их  существованиЯ  могут  быть
только косвенными. ‘леды из  пузырьков  в  пузырьковых  камерах
оставлЯют  только  те  частицы,  которые  перечислены  в  нашей
таблице.

        ‚ процессе столкновениЯ все эти частицы могут возникать
и аннигилировать, а также участвовать  в  виртуальных  обменах,
осуществлЯЯ   таким   образом   взаимодействиЯ   между  другими
частицами. Љазалось бы, при таком раскладе итоговое  количество
возможных типов взаимодействий между частицами может быть очень
большим,   однако   по   какой-то   причине,  котораЯ  остаетсЯ
неизвестной,   все    взаимодействиЯ    делЯтсЯ    на    четыре
разновидности,     характеризующиесЯ     различной     степенью
взаимодействиЯ. Џеречислим эти разновидности:

-- ‘ильные взаимодействиЯ.
-- ќлектромагнитные взаимодействиЯ.
-- ‘лабые взаимодействиЯ.
-- ѓравитационные взаимодействиЯ.


        Ќаиболее известными из них ЯвлЯютсЯ электромагнитные  и
гравитационные взаимодействиЯ, наблюдающиесЯ в макроскопическом
мире.  ѓравитационные  взаимодействиЯ  наличествуют между всеми
существующими частицами, однако при этом они  настолько  слабы,
что    не    подвергаютсЯ    экспериментальной    детекции.   ‚
макроскопическом мире  гравитационные  взаимодействиЯ  большого
количества  частиц,  составлЯющих  массу  тела,  складываютсЯ и
порождают макроскопическую силу  гравитации,  котораЯ  ЯвлЯетсЯ
основной  силой  во  ‚селенной. ќлектромагнитные взаимодействиЯ
происходЯт  между  всеми  зарЯженными  частицами.  €менно   они
ответственны  за все химические реакции, а также за образование
и всех атомных и молекулЯрных структур. ‘ильные  взаимодействиЯ
удерживают вместе протоны и нейтроны внутри Ядра. Ћни порождают
Ядерную  силу--самую мощную из всех известных современной науке
сил.  ’ак,  например,  электроны  удерживаютсЯ  поблизости   от
атомного  Ядра  при  помощи  электромагнитной  силы, обладающей
энергией примерно в  десЯть  электрон-вольт,  в  то  времЯ  как
ЯдернаЯ  сила,  свЯзывающаЯ  нейтроны  внутри  Ядра, использует
энергию,  равную  десЯткам   миллионов   электрон-вольт--особых
единиц длЯ измерениЯ энергии на субатомном уровне.

        Ќуклоны--не  единственные  частицы,  которые  принимают
участие  в  сильных  взаимодействиЯх.   Љак   ни   странно,   к
сильновзаимодействующим    частицам    относитсЯ    подавлЯющее
большинство всех известных частиц. €з всех частиц  только  пЯть
не  могут  принЯть  участиЯ  в  сильных  взаимодействиЯх,  как,
впрочем,  и  их  античастицы.  ќто  фотон  и  четыре   лептона,
перечисленные  в  верхней  части таблицы. Ќедавно был обнаружен
пЯтый лептон, получивший обозначение "тау" (греческаЯ буква т).
’акже, как электрон  и  мюон,  он  может  существовать  в  двух
зарЯдовых  состоЯниЯх,  соответственно т- и т+, а поскольку его
масса превосходит массу электрона почти в 3500 раз, он  получил
название  тЯжелого  лептона.  ‘уществование  нейтрино,  который
принимал бы участие  только  во  взаимодействиЯх  с  тау,  было
только   постулировано  и  остаетсЯ  до  сих  пор  недоказанным
экспериментально.

        ’аким образом, мы можем разделить все  частицы  не  две
большие  группы--лептоны  и адроны, или сильновзаимодействующие
частицы. Ђдроны, в свою очередь, делЯтсЯ на мезоны  и  барионы,
между которыми существует довольно много различий. ‚ажнейшее из
них  заключаетсЯ в том, что все барионы имеют античастицы, в то
времЯ как мезоны могут сами выступать в роли своих античастиц.

        ‹ептоны принимают участие во взаимодействиЯх четвертого
типа -- в слабых взаимодействиЯх. Џоследние настолько  слабы  и
действуют на таком коротком расстоЯнии, что не могут удерживать
частицы  друг  подле  друга,  в  то  времЯ  как  три  остальные
разновидности взаимодействий порождают силы притЯжениЯ: сильные
взаимодействиЯ--внутри    атомных    Ядер,     электромагнитные
взаимодействиЯ  --  внутри  атомов  и молекул, а гравитационные
взаимодействиЯ--между  планетами,  звездами   и   даже   целыми
галактиками.  ‘лабые  взаимодействиЯ проЯвлЯютсЯ в единственной
форме--в  форме  некоторых  столкновений  частиц,  а  также  их
распада.   Љ   числу   последних   относитсЯ   и   бета-распад,
упоминавшийсЯ выше.

        ‚се взаимодействиЯ между адронами проЯвлЯютсЯ в  обмене
другими  адронами.  ‘ильные  взамодействиЯ  действуют только на
очень небольших расстоЯниЯх из-за того, что  в  соответствующих
им   обменных   процессах  участвуют  тЯжелые  адроны.  ‘ильные
взаимодействиЯ могут происходить только при  том  условии,  что
расстоЯние  между  частицами  не превышает нескольких диаметров
частицы. Џоэтому они не могут создать силу, воздействие которой
сказалось   бы   на   нашем   макроскопическом   окружении.   ‚
противоположность   сильным,  электромагнитные  взаимодействиЯ,
воплощающиесЯ в обменах не
- имеющими массы фотонами, могут происходить между сколь угодно
далекими частицами, вследствие чего электрические  и  магнитные
силы  хорошо  известны в мире больших измерений. ‘читаетсЯ, что
гравитационные взаимодействиЯ тоже  осуществлЯютсЯ  при  помощи
обмена  особыми  частицами--"гравитонами", однако слабость этих
взаимодействий настолько велика, что гравитоны до  сих  пор  не
были   обнаружены   учеными,  хотЯ  никаких  серьезных  поводов
сомневатьсЯ в их существовании нег.

        Ќаконец,  поскольку  слабые  взаимодействиЯ  становЯтсЯ
возможными   только  при  том  условии,  что  расстоЯние  между
частицами предельно невелико--гораздо меньше, чем  при  сильных
взаимодействиЯх,   физики   считают,   что  эти  взаимодействиЯ
осуществлЯютсЯ при помощи обмена очень тЯжелыми  частицами.  Џо
всей  видимости,  эти  частицы выполнЯют роль, аналогичную роли
фотона при электромагнитных взаимодействиЯх, и единственное  их
отличие  от  последнего  заключаетсЯ  в  том,  что  они гораздо
тЯжелее. Џо сути дела, именно аналогиЯ с фотоном легла в основу
последних  модификаций  теории  квантового   полЯ,   получивших
название  "теории  приборов"  и  позволивших  построить  единую
теорию полЯ длЯ электромагнитных и слабых взаимодействий.

        ‚о многих процессах столкновений, находЯщих  применение
в   физике   высоких  энергий,  часто  имеют  место  и  сильные
электромагнитные, и слабые взаимодействиЯ,  в  результате  чего
возникают  длинные цепочки последовательных превращений частиц.
—астицы,  первоначально  принимавшие  участие  в  столкновении,
аннигилируют,  образуЯ  несколько  новых  частиц,  которые тоже
проходЯт несколько стадий распада, прежде  чем  превратитьсЯ  в
устойчивые частицы.

        Ќа  рис.  35  представлена  сложнаЯ  последовательность
столкновений и распадов частиц:  отрицательно  зарЯженный  пион
(п-)  проникает  в  пузырьковую  камеру  слева,  сталкиваетсЯ с
протоном, то есть с Ядром атома водорода, который уже находилсЯ
внутри камеры; обе  частицы  аннигилируют,  в  результате  чего
образуетсЯ  нейтрон  (n)  или  два  каона  (Љ-  и  Љ+); нейтрон
улетает,  не  оставлЯЯ  следа;  каон  сталкиваетсЯ  с   другим,
находЯщимсЯ   в  камере  протоном,  обе  частицы  аннигилируют,
образуЯ  ламбду  (‹)  и  фотон  (гамма).  Ќи  одна   из   вновь
образовавшихсЯ  частиц  не  оставлЯет  видимых следов в камере,
однако ламбда через некоторе времЯ распадаетсЯ на протон (р)  и
(п-),  каждый  из  которых  оставлЯет  видимый след. Ќа рисунке
хорошо видно небольшое расстоЯние между возникновением ламбды и
ее распадом.  Ќаконец,  Љ-,  возникший  еще  при  самом  первом
столкновении,  некоторое  времЯ  продолжает  двигатьсЯ, а потом
распадаетсЯ на три пиона. # #  ЋпЯть  утерЯны  названиЯ  частиц
(сканнер их исказил) и схема. #

        ‡десь  изображена одна из таких цепочек возникновений и
исчезновений частиц. Ћбратите внимание на тот факт, что следы в
пузырьковой камере могут оставлЯть только  зарЯженные  частицы;
под  воздействием  магнитного  полЯ они отклонЯютсЯ в различных
направлениЯх, в зависимости от знака зарЯда:  положительные--по
часовой  стрелке, а отрицательные--против часовой стрелки. ќтот
график представлЯет собой прекрасное доказательство того факта,
что  на  уровне  частиц  материЯ  характеризуетсЯ  колоссальной
слитностью   и  взаимопроницаемостью,  а  также  достоверное  и
наглЯдное изображение энергетических  каскадов,  сопровождающих
образование  и  уничтожение  различных  структур,  или,  говорЯ
другими словами, различных частиц.

     Ћсобенно поразительными представлЯютсЯ такие случаи, когда
лишенный  массы,  но  наделенный  большим  количеством  энергии
фотон,  который  никак  не  обнаруживает  своего  присутствиЯ в
пузырьковой   камере,   внезапно   взрываетсЯ,   образуЯ   пару
зарЯженных   частиц  (позитрон  и  электрон),  которые  тут  же
начинают  двигатьсЯ  по  расходЯщимсЯ  дугам.  Ќа  рисунке   36
запечатлен  процесс,  в котором образование пары противоположно
зарЯженных   частиц   из   электрически   нейтрального   фотона
происходит целых два раза.

        Ќа  рис.  36  представлена  последовательность событий,
приводЯщих  к  образованию  двух  электронно-позитронных   пар:
антипротон   (р-)   снизу   проникает   в  пузырьковую  камеру,
сталкиваетсЯ с одним из протонов и образует Я+ (след,  уходЯщий
влево)  и  Я-  (след,  уходЯщий  вправо),  а  также  два фотона
(гамма), каждый иэ которых,  в  свою  очередь,  распадаетсЯ  на
электронно-позитронную пару: позитроны (е+), улетающие направо,
и  электроны (е-) -- влево. # # —то такое Я+ и Я- мне понЯть не
удаетсЯ... #

           —ем   значительнее   объем    энергии,    изначально
принимающей  участие в процессе столкновениЯ, тем больше частиц
может образоватьсЯ. Ќа рис. 37  изображено  столкновение  между
антипротоном и протоном, в результате которого возникает восемь
пионов.

        „лЯ того, чтобы разогнать частицы до достаточно большой
скорости,  то  есть, иными словами, длЯ того, чтобы сообщить им
достаточно  большое  количество  энергии,  используютсЯ  мощные
ускорители  частиц.  ‚  большинстве  случаев природные ЯвлениЯ,
происходЯщие  на  ‡емле,  имеют  более  низкие   энергетические
характеристики,   вследствие   чего   тЯжелые   частицы   редко
образуютсЯ на ‡емле в естественных условиЯх. ‚ открытом космосе
нас  ждет  совершенно  иное  положение  дел:  в  центре   звезд
сосредоточены   крупные   скоплениЯ  субатомных  частиц,  между
которыми  постоЯнно   происходЯт   естественные   столкновениЯ,
аналогичные   столкновениЯм   внутри   ускорителей  современной
экспериментальной физики.  ‚  некоторых  звездах  эти  процессы
порождают   чрезвычайно   мощное   электромагнитное  излучение,
которое  может  принимать  форму  радиоволн,  световых  волн  и
рентгеновских  лучей. „лЯ астрономов это излучение представлЯет
собой основной источник знаний и информации о ‚селенной.  ’аким
образом,   межзвездное,   как   впрочем,   и  межгалактическое,
пространство    оказываетсЯ    насыщенным     электромагнитными
излучениЯми  различных  частот,  то  есть  фотонными  потоками,
обладающими  различными  запасами  энергии.   ’ем   не   менее,
фотоны--не  единственные  частицы,  которые  постоЯнно бороздЯт
просторы космоса. "Љосмическое излучение" состоит не только  из
фотонов,  но  также  и  из тЯжелых частиц, механизм образованиЯ
которых до сих пор не  вполне  Ясен.  Ѓольшинство  этих  частиц
составлЯют  протоны;  некоторые  из них обладают очень большими
запасами   энергии,   намного   превышающими   те    предельные
показатели,  которые  позволЯют достичь самые мощные ускорители
частиц.

        ЏопадаЯ в  атмосферу  ‡емли,  эти  высокоэнергетические
"космические  лучи"  сталкиваютсЯ с Ядрами атомов, составлЯющих
молекулы  различных  атмосферных  веществ,   образуЯ   огромное
множество   вторичных   частиц,   которые   либо   подвергаютсЯ
независимому    распаду,    либо    вступают    в    дальнейшие
взаимодействиЯ--столкновениЯ.  ЏревращениЯ  частиц продолжаютсЯ
до тех пор, пока очередные из  них  не  достигнут  ‡емли.  ’ак,
один-единственный  протон,  попавший  в  атмосферу ‡емли, может
породить целый каскад Явлений,  в  ходе  которых  его  исходнаЯ
кинетическаЯ  энергиЯ  превратитсЯ в целый ливень разнообразных
частиц и  будет  постепенно  поглощатьсЯ  по  мере  продвижениЯ
претерпевающих  непрестанные  изменениЯ  частиц  к  поверхности
‡емли. ’о же самое Явление, наблюдаемое  в  ходе  экспериментов
физики  высоких  энергий  по  столкновению  частиц,  происходит
естественным путем  в  атмосфере  нашей  планеты,  €  причем  в
последнем случае его протекание характеризуетсЯ гораздо большей
интенсивностью,  чем  во времЯ экспериментов. Ќепрерывный поток
энергии претерпевает на своем пути к ‡емле множество изменений,
частицы непрерывно возникают и  исчезают  в  ритмическом  танце
творениЯ и разрушениЯ.

           ‚  мире  частиц  могут  происходить  не только такие
процессы возникновениЯ и уничтожениЯ частиц, которые  поддаютсЯ
детекции  при помощи фотографий пузырьковых камер. ‚ажное место
среди   Явлений   субатомного   мира   занимают   и    процессы
возникновениЯ  и  аннигилЯции виртуальных частиц, участвующих в
обменных   процессах,   опосредующих    взаимодействиЯ    между
частицами.  ‚иртуальные  частицы существуют не настолько долго,
чтобы можно было подтвердить их  присутствие  экспериментальным
путем.   ‚озьмем,   к  примеру,  возникновение  двух  пионов  в
результате     столкновениЯ     протона     и      антипротона.
Џространственно-временной  график  длЯ  данного  процесса будет
выглЯдеть следующим образом (см. рис. 38). Ќе забывайте о  том,
что времЯ на этих графиках имеет направленность снизу вверх. Ќа
этом графике изображены мировые линии протона (р) и антипротона
(р-)  которые  сталкиваютсЯ  друг  с  другом  в некоторой точке
пространства--времени, аннигилируЯ и образуЯ два  пиона  (п+  и
п-).   €   все   же   этот   график   не  вполне  соответствует
действительности. ‚заимодействие между протоном и  антипротоном
можно представить в виде процесса обмена виртуальным нейтроном,
изображенного на рис. 39.

        ’очно таким же образом процесс, зафиксированный на рис.
40, приводЯщий   к  образованию  четырех  пионов  и  результате
столкновениЯ протона и антипротона, тоже может быть представлен
в виде более  сложного  обменного  процесса,  в  ходе  которого
происходит   образование   и   аннигилЯциЯ   трех   виртуальных
частиц--двух нейтронов и одного протона.

        Ќужно учитывать тот факт,  что  графики  в  этой  части
главы  довольно  схематичны  и  не  дают представлениЯ о точных
величинах углов между линиЯми движениЯ частиц.

        ‘оответствующаЯ фейнмановскаЯ диаграмма будет выглЯдеть
примерно так (см. рис. 41):

        ќта диаграмма  чисто  схематическаЯ,  и  не  показывает
точных  углов  разлета  частиц.  Ћтметим также, что изначальный
протон,  находЯщийсЯ  в  пузырьковой  камере,   не   виден   на
фотографии   (и,  соответственно,  диаграмме),  но  имеет  свою
мировую  линию  на  этой  пространственновременной   диаграмме,
поскольку он движетсЯ во времени.

        ‚се  эти примеры демонстрируют нам, что следы частиц на
фотографиЯх пузырьковой камеры могут дать  только  самое  общее
представление  о  взаимодействиЯх  частиц. ђеальные же процессы
состоЯт из целой последовательности обменов частицами. …сли  мы
вспомним  о  том,  что каждаЯ из частиц, принимающих участие во
взаимодействии, постоЯнно  испускает  и  поглощает  виртуальные
частицы,  картина  станет еще более сложной. ’ак, протон обычно
периодически испускает и поглощает нейтральные пионы, иногда он
испускает  (п+)  и  превращаетсЯ  в  нейтрон,   который   через
некоторое  времЯ  поглощает  этот  (п-)  и снова превращаетсЯ в
протон. Ќа графиках ”ейнмана это отражаетсЯ в том, что  обычнаЯ
линиЯ протона заменЯетсЯ на более сложное изображение (см. рис.
42).  ‚  ходе этих виртуальных процессов первоначальнаЯ частица
может на некоторое времЯ исчезнуть, как скажем, на графике "в".
‚озьмем другой пример--скажем, процесс, в котором отрицательный
пион  распадаетсЯ   на   нейтрон   (n)   и   антипротон   (р-),
аннигилирующие  при последующем столкновении и превращающиесЯ в
исходный пион (см. рис. 43). # # ’ут снова был полный бардак  с
названиЯми частиц. #

        ‚ажно  принимать  во  внимание,  что  все  эти процессы
подчинЯютсЯ законам квантовой теории,  а  следовательно,  имеют
вероЯтную,  а  не  действительную  природу. Љаждый протон может
быть   охарактеризован   с   точки   зрениЯ   вероЯтности   его
существованиЯ   в  форме  различных  пар:  "протон  плюс  пи0",
"нейтрон плюс пи+" и так  далее.  Џеречисленные  выше  процессы
ЯвлЯютсЯ   простейшими  примерами  виртуальных  взаимодействий.
ѓораздо более сложные,  запутанные  паттерны  возникают  тогда,
когда виртуальные частицы порождают другие виртуальные частицы,
умножаЯ  таким  образом  число  виртуальных  взаимодействий (не
будем забывать  при  этом,  что  вероЯтности  имеют  отнюдь  не
произвольный   характер,   но   подчинЯютсЯ   некоторым   общим
закономерностЯм, которым будет посвЯщена отдельнаЯ глава).

        ‚ своей книге "Њир  элементарных  частиц"  Љеннет  ”орд
приводит  сложный  пример такого процесса (см. рис. 44), в ходе
которого   происходит   образование   и   аннигилЯциЯ    десЯти
виртуальных  частиц,  сопровождаЯ  график следующим замечанием:
"ќтот график представлЯет собой изображение одной  из  подобных
цепочек   Явлений,   на  первый  взглЯд  производЯщее  довольно
устрашающее   впечатление,   но,   тем   не    менее,    вполне
соответствующее   действительности.   Љаждый  протон  времЯ  от
времени принимает участие в этом танце творениЯ  и  разрушениЯ"
[28,209].

        ”орд--не  единственный  физик, использовавший выражение
типа  "танец  творениЯ  и  разрушениЯ",  "танец  энергии".  Џри
попытке  представить  себе  поток  энергии,  преобразующейсЯ  в
различные динамические структуры, или частицы, мы  естественным
образом начинаем сравнивать это с ритмичным танцем. ‘овременнаЯ
физика обнаружила, что подвижность и изменчивость принадлежат к
числу  основных  свойств  материи, и всЯ материЯ, независимо от
того,   где   она   находитсЯ--у   нас,   на   ‡емле,   или   в
космосе,--всегда    принимает    участие   в   непрекращающемсЯ
космическом танце.

        „инамическое  мировоззрение  восточных  мистиков  имеет
много  общего  с  мировоззрением  современной  физики,  поэтому
неудивительно, что длЯ выражениЯ своего интуитивного восприЯтиЯ
природы мистики тоже используют образ танца. Џрекрасный  пример
такого   рода   мы   находим   в  книге  Ђлександры  „эвид-Ќеел
"Џутешествие в ’ибет",  в  описании  встречи  автора  с  ламой,
представившемсЯ как "властелин звука" и изложившим свои взглЯды
на   природу  материи  следующим  образом:  "‚се  вещи...  суть
скоплениЯ  атомов,  которые  танцуют,  и   посредством   своего
движениЯ   рождают  звуки.  Љогда  ритм  их  танца  изменЯетсЯ,
рождаемый ими звук тоже претерпевает изменениЯ...  Љаждый  атом
непрерывно  поет  свою собственную песню, а звук рождает в этот
момент времени плотные и тонкие формы" [22, 186].

        ‘ходство этого  подхода  с  мировоззрением  современной
физики  становитсЯ еще более очевидным, если мы вспомним о том,
что звук--это волна с определенной частотой, котораЯ изменЯетсЯ
вместе  с  изменением   звука,   и   что   частицы--современный
эквивалент  старого  понЯтиЯ  "атомы"--тоже  представлЯет собой
волны, частота  колебаниЯ  которых  пропорциональна  их  запасу
энергии. ‘огласно теории полЯ, действиЯ каждой частицы сводЯтсЯ
к  тому,  что  она  "непрерывно  поет  свою собственную песню",
ритмически  порождаЯ   энергетические   паттерны   (виртуальные
частицы) в виде "плотных и тонких форм".

        Њетафора космического танца нашла наибольшее воплощение
в индуизме  в  образе  танцующего  бога  ивы.  ива,  один  из
древнейших и  наиболее  почитаемых  божеств  €ндии,  обладающих
множеством  перерождений,  ЯвлЯетсЯ  Љоролем ’анцоров. ‘огласно
представлениЯм индуистов, любаЯ человеческаЯ жизнь представлЯет
собой составную часть всеобщего ритмического процесса  творениЯ
и  разрушениЯ, смерти и воскрешениЯ, а танец ивы символизирует
ритм вечной пульсации между жизнью и смертью, характеризующийсЯ
безначальной  и  бесконечной  цикличностью.  Џо  словам  Ђнанды
Љумарасвами:   "‚о   времЯ   ночи  Ѓрахмана  природа  сохранЯет
неподвижность и не может танцевать до тех пор,  пока  этого  не
захочет  ива:  он  восстает  из  своего  экстаза и, танцующий,
пронизывает неподвижную материю  волнами  несущего  пробуждениЯ
звука,  и--чу!--материЯ  тоже начинает танцевать, окружаЯ …го в
своей  вечной  славе.  ’анцуЯ,  он  поддерживает  существование
многообразных  Явлений  природы.  Џо истечении времени, все еще
продолжаЯ танцевать, Ћн уничтожает в огне все формы и имена,  и
снова  дает  Џрироде отдых. ќто поэзиЯ, и в ’о же времЯ--наука"
[20, 78].

          ’анец ивы символизирует не  только  последовательные
циклы  творениЯ и разрушениЯ, но и ритм повседневных рождений и
смертей, который в индуизме считаетсЯ основой всЯкого бытиЯ.  ‚
то  же  времЯ  ива, творЯщий разнообразные формы материального
мира и вновь растворЯющий их в плавном  течении  своего  танца,
напоминает нам о том, что все формы есть майЯ, что они не имеют
фундаментальной  сущности,  ЯвлЯЯсь  преходЯщими и иллюзорными.
ѓенрих –иммер описывает это положение индуистской  философии  в
следующих  выражениЯх:  "…го  движениЯ--одновременно  резкие  и
исполненные   грации--порождают   космическую   иллюзию;    его
стремительно  движущиесЯ  руки,  ноги,  и изгиб торса порождают
беспрестанное     сотворение--уничтожение     ‚селенной,      а
точнее--ЯвлЯютсЯ     таковыми,    причем    смерть    полностью
уравновешивает жизнь, и  исчезновение  полагаетсЯ  закономерным
исходом всЯкого возникновениЯ" [89,155].

        €ндийские   скульпторы   десЯтого---двенадцатого  веков
создали много бронзовых изображений танцующего ивы с  четырьмЯ
руками,   удивительнаЯ   симметричность   и,  в  то  же  времЯ,
динамичность расположениЯ которых в пространстве передает  идею
ритмичности  и  единства  проЯвлений  жизни. Љаждому жесту ивы
индуистскаЯ традициЯ приписывает особое символическое значение.
‚  правой  верхней  руке  бог  держит  бубен,   символизирующий
первозданный  звук  творениЯ;  на  его  левой верхней ладони мы
видим пламЯ, символизирующее разрушение. “равновешенность  двух
верхних  рук  символизирует  динамическое  равновесие процессов
созиданиЯ и разрушениЯ в нашем  мире,  которое  становитсЯ  еще
более   очевидным   при   взглЯде   на  отрешенное  лицо  ивы,
находЯщеесЯ на одинаковом удалении от обеих рук  и  воплощающее
идею  трансцендированиЯ  противопоставлениЯ между сотворением и
разрушением. ‚тораЯ праваЯ рука воздета в успокаивающем  жесте,
символизирующем  состоЯние  защищенности и умиротворениЯ, тогда
как втораЯ леваЯ рука  указывает  на  приподнЯтую  ступню,  что
означает  освобождение от чар майи. ива изображаетсЯ танцующим
на  теле  поверженного  демона,  олицетворЯющего   человеческое
невежество,   которое  стоит  на  пути  тех,  кто  стремитсЯ  к
освобождению.

        ’анец ивы, по словам Љумарасвами,  представлЯет  собой
"Яснейший  образ  божественной  деЯтельности,  которым по праву
могла бы гордитьсЯ любаЯ религиЯ и любое искусство"  [20,  67].
Џоскольку  божество  ЯвлЯетсЯ одной из персонификаций Ѓрахмана,
его деЯтельность сводитсЯ к порождению и  уничтожению  мириадов
материальных  воплощений  последнего. ’анец ивы--это танцующаЯ
‚селеннаЯ, бесконечный поток энергии, принимающий  бесчисленное
множество  рисунков, которые склонны плавно переливатьсЯ друг в
друга.

        ‘овременнаЯ физика пришла к выводу, что ритм сотворениЯ
и разрушениЯ присутствует не только в чередовании времен года и
физическом рождении и гибели живых существ, но  и  выступает  в
качестве  основной  сущности  неорганической  материи. ‘огласно
теории квантового полЯ,  все  взаимодействиЯ  между  составными
частЯми   материи   осуществлЯютсЯ   посредством  испусканиЯ  и
поглощениЯ виртуальных частиц. Ѓолее  того,  танец  творениЯ  и
разрушениЯ   представлЯет  собой  единственно  возможную  форму
существованиЯ самого вещества, так как все материальные частицы
"самовзаимодействуют", испускаЯ и поглощаЯ виртуальные частицы.
’аким образом, современнаЯ  физика  постулирует  то  положение,
согласно  которому,  каждаЯ  частица  принимает участие в танце
энергии,  одновременно  џ‚‹џџ‘њ   этим   танцем,   пульсирующим
процессом творениЯ и разрушениЯ.

        ђисунки   этого  танца  характеризуют  сущность  каждой
частицы  и  ее  свойства.   ’ак,   например,   запас   энергии,
необходимый  длЯ  испусканиЯ  и поглощениЯ виртуальной частицы,
эквивалентен   определенному    количеству    массы,    которое
добавлЯетсЯ  к  массе  самовзаимодействующей частицы. ђазличные
частицы принимают разное участие в этом танце;  каждаЯ  из  них
имеет  своЯ  параметры  энергии  и  массы. Ќаконец, виртуальные
частицы не  только  представлЯют  собой  единственное  средство
осуществлениЯ     взаимодействий     между     частицами,    а,
соответственно, и объЯснение их свойств, но  могут  порождатьсЯ
вакуумом  и  черпать  свою  энергию  из  него. ’аким образом, в
космическом танце принимает участие не  только  материЯ,  но  и
Џустота, бесконечно творЯ и разрушаЯ энергетические паттерны.

        ‘овременные  физики  воспринимают  танец ивы как танец
субатомной материи. Љак и в  индуистской  мифологии,  последний
представлЯет собой бесконечный танец сотворениЯ и разрушениЯ, в
котором  принимает  участие весь космос; основу всЯкого бытиЯ и
всех Явлений природы. ‘толетиЯ тому назад индийские  скульпторы
создавали  величественные бронзовые изваЯниЯ танцующего ивы. ‚
наше времЯ физики  разработали  сложнейшие  приборы  длЯ  того,
чтобы  получить  портрет  ‚селенной  в  ее  космическом  ’анце.
”отографии   пузырьковой   камеры,   на   которых   запечатлены
взаимодействиЯ  частиц,  тоже  ЯвлЯютсЯ  изображениЯми  рисунка
танца ивы, которые не уступают по  красоте  и  значению  своим
индуистским  аналогам. ќти фотографии доказывают, что ‚селеннаЯ
постоЯнно  претерпевает  процессы  ритмического  сотворениЯ   и
разрушениЯ.   ’аким   образом,   метафора   космического  танца
объединЯет   древнюю   мифологию,   религиозное   искусство   и
современную  физику.  Љак  говорит  Љумарасвами,  эта  метафора
представлЯет собой "поэзию, и в то же времЯ -- науку".


        ѓлава 16. ‘€ЊЊ…’ђ€џ  ‚ Њ€ђ… Љ‚ЂђЉЋ‚ -- "…™… Ћ„€Ќ ЉЋЂЌ?"


        ‚ субатомном мире безраздельно властвуют ритм, движение
и непрестанное  изменение.  ‚се  изменениЯ  не  случайны  и  не
произвольны. Ћни следуют очень четким и Ясным паттернам. Ќачнем
с  того,  что  все частицы той или иной разновидности абсолютно
идентичны по массе, величине  электрического  зарЯда  и  другим
характерным  показателЯм.  „алее,  все зарЯженные частицы имеют
электрический зарЯд, который либо равен зарЯду электрона,  либо
противоположен  ему по знаку, либо превышает его в два раза. ’о
же относитсЯ к  остальным  характеристикам  частиц;  они  могут
принимать не любые произвольные значениЯ, а только ограниченное
их количество, что позволЯет нам разделить частицы на несколько
групп, которые могут быть также названы "семьЯми". ќто подводит
нас  к  вопросу:  каким  образом  такие  определенные  паттерны
возникают в динамическом и изменчивом мире частиц?

        ‚озникновение    четких    паттернов    в     структуре
материи--вовсе не новое Явление. Ћно уже хорошо известно в мире
атомов.  Љак  и  субатомные частицы, все атомы, принадлежащие к
одной  и  той  же  разновидности,  характеризуютсЯ   идентичным
строением.  ‚  периодической  таблице все разновидности атомов,
или элементы, объединены в  несколько  больших  групп.  ‚  наше
времЯ  ученые  хорошо  представлЯют  себе  основаниЯ  длЯ такой
классификации: она зависит от количества протонов и нейтронов в
их Ядрах и от распределениЯ электронов по  сферическим  орбитам
вокруг   Ядер,  или  "оболочкам".  Љак  уже  говорилось  ранее,
электроны имеют свойства волн (см. гл. 4).  Џоэтому  расстоЯние
между  электронными  орбитами  и  количество  вращениЯ, которым
может   обладать    электрон,    характеризуетсЯ    несколькими
устойчивыми    значениЯми,   которые   зависЯт   от   колебаний
электронных волн. ‘оответственно, в структуре  атома  возникают
определенные    паттерны,   которые   характеризуютсЯ   набором
"квантовых чисел" и  которые  отражают  колебательные  паттерны
электронных   волн  на  орбитах  внутри  атома.  ќти  колебаниЯ
определЯют "квантовые  состоЯниЯ"  атома.  Џоэтому  два  атома,
находЯщихсЯ   в   "основном   состоЯнии"  или  же  в  одном  из
"возбужденных  состоЯний",  имеют  одну  и  ту  же   внутреннюю
структуру.

        Џаттерны  в  мире частиц во многом схожи с паттернами в
мире атомов. ’ак, большинство  частиц  вращаетсЯ  вокруг  своей
оси,  подобно  юле.  €х  спины могут принимать только некоторые
определенные   значениЯ,   представлЯющие    собой    интеграл,
помноженный  на  какую-то  базовую  единицу. Ѓарионы, например,
могут иметь спин, равный 1/2, 3/2,  5/2  и  т.  д.,  тогда  как
мезоны могут иметь спин, равный 0, 1, 2, и т.д. ‘пин субатомной
частицы  напоминает  нам  о  количествах вращений электронов на
орбитах внутри атома. ‘пин электрона  тоже  может  быть  только
целым  числом. # # ‘траннаЯ фраза... ‘пин электрона +1/2 и -1/2
#

        ‘ходство  с  атомными  паттернами   усиливаетсЯ   после
знакомства  с  тем  фактом,  что  все  сильно взаимодействующие
частицы, иначе именуемые адронами,  могут  быть  расположены  в
четкой последовательности друг за другом. Ђдроны обладают очень
схожими  свойствами, и единственное различие между ними вызвано
различием их масс и спинов. —астицы  с  наибольшим  порЯдковыми
номерами   внутри   этой   последовательности   характеризуютсЯ
чрезвычайной недолговечностью и носЯт наименование  резонансов.
‡а  последнее десЯтилетие ученым удалось обнаружить много таких
резонансов.  Њасса  и  спин  резонансов   увеличиваетсЯ   четко
определенным  образом,  и их последовательность, судЯ по всему,
заканчиваетсЯ в бесконечности. —еткие закономерности построениЯ
этой  последовательности   чем-то   напоминает   закономерности
перехода  атома  в различные возбужденные состоЯниЯ, вследствие
чего физики рассматривают частицы с большим порЯдковым  номером
внутри  этой  последовательности  не в качестве самостоЯтельных
частиц,  а  в  качестве  возбужденных   состоЯний   частицы   с
наименьшей  массой.  ’аким образом, адрон, как и атом, может на
какое-то   времЯ   существовать   в   различных    возбужденных
состоЯниЯх,   которые  отличаютсЯ  от  его  обычного  состоЯниЯ
большим количеством вращений (или  спин),  и  большей  энергией
(или массой).

        ‘ходство  квантовых  состоЯний атомов и адронов наводит
на мысль о том, что  адроны  тоже  представлЯют  собой  сложные
объекты,    имеющие    внутреннюю    структуру    и   способные
"возбуждатьсЯ",  то  есть  поглощать  энергию  длЯ  образованиЯ
различных  паттернов.  Ћднако,  сегоднЯ мы еще не понимаем, как
образуютсЯ эти паттерны. ‚ атомной физике их можно объЯснить  в
терминах  свойств и взаимодействий компонентов атома (протонов,
нейтронов и электронов), однако, это объЯснение пока  не  может
быть  применено  длЯ  описаниЯ  Явлений  мира частиц. Џаттерны,
обнаруженные в мире частиц, были определены и  классифицированы
чисто  эмпирическим  путем,  и  их  невозможно еще исчислить из
составлЯющей частицы структуры.

        ѓлавнаЯ    сложность,    с     которой     сталкиваютсЯ
исследователи,  занимающиесЯ физикой частиц, заключаетсЯ в том,
что классические представлениЯ о сложных "объектах",  состоЯщих
из  "составных  частей",  оказываютсЯ бесполезными при описании
субатомных частиц. “знать, из каких "составных частей"  состоЯт
частицы,  можно  только  одним  путем--путем  наблюдениЯ  за их
столкновениЯми. Ћднако  результаты  подобных  экспериментов  по
столкновению  частиц отнюдь не подтверждают гипотезу "составн