ых
частей": более мелких  единиц  вещества  получить  не  удаетсЯ.
Ќапример,  два  протона могут после столкновениЯ разлететьсЯ на
множество "осколков", но среди них никогда не  будет  "кусочков
протона".  ќти  осколки  всегда  будут представлЯть собой целые
адроны,   образующиесЯ   из   кинетических   энергий   и   масс
сталкивающихсЯ протонов. Џоэтому распад на "составлЯющие" носит
не  очень  очевидный  характер и зависит от количества энергии,
принимающего участие в процессе. ‚ данном случае мы имеем  дело
с  типично  релЯтивистской ситуацией чередованиЯ и переплетениЯ
энергетических  узоров,  которые  не  могут  рассматриватьсЯ  в
терминах  статических  сложных  объектов  и составных частей. Ћ
"структуре" атомной  частицы  можно  говорить  только  в  одном
смысле---в  смысле ее способности принимать участие в различных
процессах и взаимодействиЯх.

        ‘пособы     преобразованиЯ     частиц     во      времЯ
высокоэнергетических   столкновений   подчинЯютсЯ  определенным
законам, которые могут  быть  использованы  длЯ  описаниЯ  мира
частиц.  ‚  шестидесЯтые  годы,  когда  было  открыто  основное
большинство частиц, известных современной науке, многие  физики
уделЯли  внимание,  главным  образом,  изучению и сопоставлению
закономерностей этих преобразований, а не попыткам решить,  что
же  лежит  в  основе  таких  динамических паттернов, которые мы
называем  частицами.  ќто  было  вполне  естественно,  и  наука
добилась   на   этом   пути  больших  успехов.  ‚ажную  роль  в
исследованиЯх того периода  играло  понЯтие  симметрии.  Џридав
понЯтию  геометрической  симметрии  более  общий  и абстрактный
характер,  физики   приобрели   очень   ценный   критерий   длЯ
классификации частиц.

        ‚ повседневной жизни самым наглЯдным примером симметрии
ЯвлЯетсЯ  отражение  в  зеркале;  мы  говорим о фигуре, что она
симметрична, в том случае, если через центр этой  фигуры  можно
провести  прЯмую  (рис.  45), котораЯ разделит ее на две части,
ЯвлЯющиесЯ зеркальными отражениЯми друг  друга.  Ѓолее  высокий
уровень симметрии предусматривает наличие нескольких линий, или
осей   симметрии,  как,  например,  в  одном  из  символических
изображений, использующихсЯ в буддизме (см. рис. 46).

        Ћднако   отражение--    не    единственнаЯ    операциЯ,
позволЯющаЯ достичь симметрии. Њы называем симметричной и такую
фигуру,  котораЯ не изменЯет своего облика, будучи повернута на
определенный  угол  вокруг.  своей  оси.   ‘имметриЯ   вращениЯ
используетсЯ,  в  частности,  в  знаменитом  китайском  символе
’айцзи, или ‚еликого предела, выражающем идею объединениЯ  двух
начал--€Ќњ и џЌ (см. рис. 47).

        ‚  физике  частиц ЯвлениЯ симметрии зачастую свЯзаны не
только с процессами отражениЯ и  вращениЯ,  а  последние  могут
происходить  не только в обычном пространстве (и времени), но и
в абстрактных математических пространствах. ‘имметричными могут
быть отдельные частицы или  их  группы,  а  поскольку  свойства
частиц    определЯютсЯ    их    способностью   участвовать   во
взаимодействиЯх,  или  процессах,  все  операции,   позволЯющие
достичь  симметрии, свЯзаны здесь с "законами сохранениЯ". …сли
какой-либо субатомный процесс характеризуетсЯ симметрией, можно
с уверенностью утверждать, что в нем  принимает  участие  некаЯ
константа,   или   постоЯннаЯ   величина.   Љонстанты  ЯвлЯютсЯ
маленькими островками стабильности в сложном  танце  субатомной
материи  и  могут  помочь нам в описании взаимодействий частиц.
Ќекоторые величины остаютсЯ константами, или "сохранЯютсЯ",  во
всех   взаимодействиЯх,   некоторые--только   в   их  части.  ‚
результате в каждом  процессе  принимает  участие  определенное
количество   констант.   Џоэтому  симметричность  частиц  и  их
взаимодействий  воплощаетсЯ  в   законах   сохранениЯ.   ”изики
используют   обе   эти  формулировки,  говорЯ  то  о  симметрии
процесса, то о соответствующем законе сохранениЯ.

           ‘уществуют  четыре  основные  разновидности  законов
сохранениЯ,  представлЯющихсЯ общими длЯ всех процессов. ’ри из
них  свЯзаны  с  простыми  операциЯми,   позволЯющими   достичь
симметрии  в обычном пространстве и времени. ‚се взаимодействиЯ
частиц    характеризуютсЯ    симметричностью    в     отношении
пространственных  перемещений:  в  ‹ондоне они происходЯт точно
таким  же  образом,   как   и   в   Ќью-‰орке.   Ћни   обладают
симметричностью  и в отношении перемещений во времени, протекаЯ
во вторник точно так же, как и в  четверг.  Ћдна  из  симметрий
свЯзана  с  сохранением импульса, втораЯ-с сохранением энергии.
ќто означает, что  суммарнаЯ  величина  импульса,  принимающего
участие   в   каком-либо   взаимодействии,  а  также  суммарное
количество  энергии  частиц,  включающей  их  массы,   остаютсЯ
постоЯнными  до  начала  реакции  и после ее завершениЯ. ’ретий
основополагающий  тип  симметрии  свЯзан  с   расположением   в
пространстве.  ‘мысл  этой  симметрии  заключаетсЯ  в  том, что
направление   движениЯ   частиц,   принимающих    участие    во
взаимодействии  (скажем,  вдоль оси север-юг или запад-восток),
не оказывает никакого влиЯниЯ на результаты взаимодействиЯ. Љак
следствие этой закономерности, суммарное количество вращениЯ не
должно изменЯтьсЯ во времЯ процесса. Ќаконец, четвертым законом
ЯвлЯетсЯ закон сохранениЯ электрического зарЯда.  Ћн  свЯзан  с
более  сложной  операцией  симметрии. однако его формулировка в
качестве  закона   сохранениЯ   предельно   проста:   суммарный
электрический  зарЯд,  присущий всем участвующим в столкновении
частицам, остаетсЯ неизменным.

        ‘уществует еще несколько законов сохранениЯ,  свЯзанных
с    операциЯми   симметрии,   в   абстрактных   математических
пространствах, как и закон  сохранениЯ  электрического  зарЯда.
Ќекоторые    из    них    соблюдаютсЯ    во   всех   процессах,
некоторые--только  в  определенных  их   разновидностЯх   (как,
например,  при  сильных  электромагнитных,  но  не  при  слабых
воздействиЯх). ‘оответствующие  константы  можно  рассматривать
как  "абстрактные  зарЯды"  частиц.  Џо  той  причине,  что эти
"зарЯды" всегда принимают целые или "полуцелые"  значениЯ,  они
получили  название  "квантовые числа", по аналогии с квантовыми
числами   атомной   физики.   ‘ледовательно,   каждаЯ   частица
соотноситсЯ  с  определенным  набором  квантовых чисел, которые
зависЯт от ее массы и полностью характеризуют все ее свойства.

        Ќапример, адроны характеризуютсЯ такими величинами, как
"изоспин" и "гиперзарЯд".  ќти  два  квантовых  числа  ЯвлЯютсЯ
константами во всех сильных взаимодействиЯх. …сли мы расположим
восемь  мезонов,  перечисленных в таблице в предыдущей главе, в
соответствии  со  значениЯми  этих  двух  квантовых  чисел,  то
получим  гексагональный паттерн, известный в современной физике
под названием  "мезонный  октет".  Џри  таком  расположении  мы
наблюдаем  несколько осей симметрии: так, частицы и античастицы
занимают  в  шестиугольнике  противоположные  позиции,  а   две
частицы   в  центре  ЯвлЯютсЯ  античастицами  друг  длЯ  друга.
Ђналогичный паттерн образуют восемь наиболее  легких  барионов.
Ћн носит название "барионный октет". Ћтличие заключаетсЯ в том,
что  в последнем случае античастицы не входЯт в нее, а образуют
идентичный ей энтиоктет. Џоследний,  девЯтый  барион  из  нашей
таблицы--омега,  вместе  с  девЯтью  резонансами  принадлежат к
другому    паттерну--"барионнаЯ    десЯтка".    ‚се    частицы,
принадлежащие  тому  или  иному  симметричному  паттерну, имеют
одинаковые  квантовые  числа,   за   исключением   изоспина   и
гиперзарЯда,   от   которых   зависит  их  расположение  внутри
паттерна. ’ак, все мезоны в октете имеют нулевой спин (то  есть
не  вращаютсЯ  совсем): барионы в октете имеют спин, равный 1/2
(??? -- сбой сканнера), а в барионной  десЯтке--3/2  (см.  рис.
49).

        Љвантовые    числа    используютсЯ    не   только   длЯ
классификации частиц и разделениЯ их  на  "семьи",  формирующие
четкие  симметрические  паттерны,  и  длЯ определениЯ положениЯ
каждой частицы  внутри  соответствующего  паттерна,  но  и  длЯ
классификации  взаимодействий  частиц в зависимости от присущих
им  законов  сохранениЯ.  ’аким  образом,  два  взаимосвЯзанных
понЯтиЯ--понЯтиЯ     симметрии     и    сохранениЯ--оказываютсЯ
чрезвычайно полезными при описании закономерности мира частиц.

        Џоразительно то, что все эти закономерности приобретают
гораздо более простой вид, если  мы  придерживаемсЯ  той  точки
зрениЯ,   что   адроны   состоЯт   из   небольшого   количества
элементарных  единиц,  которые  до  сих   пор   ускользали   от
непосредственного  наблюдениЯ.  ќти  единицы  получили название
"кварков".  ќтот  термин  был   впервые   использован   Њюрреем
ѓелл-Њанном,  который  заимствовал  это слово из романа „жеймса
„жойса "Џоминки по ”иннегану", содержащего такую  строку:  "’ри
кварка  длЯ  Њастера  Њарка",  и  применил  его длЯ обозначениЯ
постулированных им частиц. ѓелл-Њанну удалось объЯснить большое
количество таких адронных паттернов, как описанные выше  октеты
и   барионные   десЯтки,  приписав  трем  своим  кваркам  и  их
антикваркам  соответствующие   значениЯ   квантовых   чисел   и
составлЯЯ  из  них различные сочетаниЯ длЯ того, чтобы получить
барионы и  мезоны,  квантовые  числа  которых  складываютсЯ  из
квантовых    чисел    составлЯющих   их   кварков.   Џри   этом
предполагаетсЯ, что  барионы  "состоЯт"  из  трех  кварков,  их
античастицы  --  из соответствующих антикварков, а мезоны -- из
сочетаниЯ кварка и антикварка.

        Џростота  и  эффективность   этой   модели   совершенно
очевидны, но, считаЯ кварки реальными физическими составлЯющими
адронов,  мы неизбежно столкнемсЯ с непреодолимыми трудностЯми.
„о  сих  пор,  несмотрЯ  на  самые  активные  стараниЯ  физиков
обнаружить  кварки  при  помощи  бомбардировки адронов наиболее
"скоростными"  частицами--"снарЯдами",  все  их  попытки   были
обречены  на  неудачу. ќтот результат может, по всей видимости,
означать только одно, а именно:  то,  что  кварки  должны  быть
свЯзаны  между  собой  очень  мощными  силами  притЯжениЯ. Ќаши
нынешние  представлениЯ  о  частицах   и   их   взаимодействиЯх
предполагают,  что  за  всеми  силами  в действительности стоит
обмен более мелкими частицами, то есть, что кварки имеют  некую
внутреннюю      структуру,      подобно      всем     остальным
сильновзаимодействующим частицам. Ќо в модели ѓелл-Њапна кварки
рассматриваютсЯ в качестве точечных лишенных структуры  единиц.
€з-за  этого  несоответствиЯ  физикам  до  сих  пор  не удаетсЯ
сформулировать  кварковскую   модель   таким   образом,   чтобы
одновременно учесть и симметрию, и силы притЯжениЯ.

        ‡а   последнее   десЯтилетие   ведущие  специалисты  по
экспериментальной  физике  предпринЯли  настоЯщую   "охоту   за
кварком",  котораЯ  до  сих  пор  не  увенчалась  успехом. …сли
отдельные кварки могут  существовать  самостоЯтельно,  сами  по
себе,  их  детекциЯ не должна представлЯть больших затруднений,
так как модель ѓеллЊанна приписывает  им  рЯд  очень  необычных
свойств,  как,  в  частности,  обладание электрическим зарЯдом,
равным  одной   или   двум   третЯм   зарЯда   электрона,   что
принципиально невозможно в мире частиц. „о сих пор таких частиц
обнаружить   не   удавалось.  Ќевозможность  обнаружить  кварки
экспериментальным   путем,    в    сочетании    с    серьезными
теоретическими  возражениЯми  против  их существованиЯ, сделали
вероЯтность их существованиЯ довольно проблематичной.

        ‘   другой   стороны,   кварковаЯ   модель   продолжает
оставатьсЯ    в    высшей   степени   уместной   длЯ   описаниЯ
закономерностей мира частиц, хотЯ она уже давно не используетсЯ
в своей первональной форме. ‘огласно  формулировке  ѓелл-Њанна,
все   адроны   могут  состоЯть  из  кварков  трех  типов  и  их
антикварков,  однако  к  настоЯщему  времени  физикам  пришлось
постулировать  существование  дополнительных  кварков длЯ того,
чтобы объЯснить все многообразие адронных паттернов. ’ри кварка
ѓелл-Њанна  получили  довольно  условные  обозначениЯ:  u   (от
английского  слова  "up"--"вверх"),  d  (от  английского  слова
"down" --  "вниз)  и  s  (от  английского  слова  "strange"  --
"странный).  Џервым  дополнением  к  первоначальной  концепции,
возникшем в результате применениЯ кварковой гипотезы  ко  всему
массиву данных о мире частиц, было положение, согласно которому
каждый  кварк должен обладать тремЯ потенциальными состоЯниЯми,
или  цветами.  ‘лово   "цвет"   используетсЯ   здесь   довольно
произвольно  и  не  имеет ничего общего с нашим понЯтием цвета.
‘огласно модели разноцветных кварков, барионы состоЯт  из  трех
кварков разных цветов, а мезоны--из пары кварк-антикварк одного
и того же цвета.

        ‚ведение  понЯтиЯ цвета увеличило количество кварков до
девЯти, а недавно было постулировано существование еще  одного,
уже  четвертого,  кварка, который тоже может поЯвлЯтьсЯ в любом
из трех цветов. €з-за любви физиков к необычным названиЯм  этот
новый  кварк был обозначен при помощи буквы "с" (от английского
слова  "charm"--"очарование").  ‚  результате   кварков   стало
двенадцать--четыре   разновидности,  каждаЯ  из  которых  может
существовать  в  трех  цветах.  „лЯ  того,  чтобы  разграничить
понЯтиЯ  разновидности и цвета, физики ввели понЯтие "аромата",
и говорЯт теперь о кварках различных цветов и ароматов.

        Њногообразие закономерностей, находЯщих объЯснение  при
помощи   этой   "двенадцатикварковой"   модели,  представлЯетсЯ
воистину  впечатлЯющим  (в  послесловии  разговор   о   кварках
продолжаетсЯ  с  учетом  более  современных исследований в этой
области). Ќет никакого сомнениЯ в том,  что  длЯ  всех  адронов
характерны  "кварковые  симметрии",  и,  хотЯ  наше сегоднЯшнее
понимание  частиц  и  их  взаимодействий  плохо  соотноситсЯ  с
возможностью  сосуществованиЯ  физических кварков, адроны очень
часто ведут себЯ таким образом, как если бы они  в  самом  деле
состоЯли  из  точечных элементарных компонентов. ЏарадоксальнаЯ
ситуациЯ вокруг кварковой  модели  очень  похожа  на  ситуацию,
сложившуюсЯ   накануне   возникновениЯ  атомной  физики,  когда
настолько    же    очевиднаЯ    парадоксальность     физической
действительности   побудила   ученых   осуществить  радикальный
переворот в понимании атомов. ‡агадка  кварков  обладает  всеми
признаками  нового  Љоана,  решение которого тоже может повлечь
существенное изменение наших воззрений  на  природу  субатомных
частиц.  Џо  сути  дела,  это изменение уже происходит на наших
глазах.  …го  описанию  посвЯщены  следующие  главы.  Ќекоторые
физики приблизились к решению кваркового коана уже сегоднЯ, что
позволЯет  им соприкоснутьсЯ с наиболее удивительными сторонами
физической действительности.

        Ћбнаружение  симметричных  паттернов  в   мире   частиц
привело  физиков  к  выводу  о  том,  что эти паттерны ЯвлЯютсЯ
отражением  фундаментальных  законов  природы.   ‡а   последние
пЯтнадцать  лет  усилиЯ  многих  исследователей  были посвЯщены
поиску высшей, наиболее  "фундаментальной  симметрии",  котораЯ
была  бы  характерна длЯ всех частиц, и могла бы поэтому помочь
ученым понЯть принципы строениЯ материи.  Џодобный  подход  был
характерен  длЯ  европейской  науки  со  времен „ревней ѓреции.
ѓреческаЯ наука, философиЯ и искусство придавали очень  большое
значение   симметрии,  вкупе  с  геометрией,  и  видели  в  ней
воплощение красоты, гармонии  и  совершенства.  ’ак,  например,
пифагорейцы  считали,  что  сущность  всех  вещей  определЯетсЯ
симметричным числом паттернов; Џлатон был  уверен  в  том,  что
атомы   четырех  элементов  представлЯют  собой  твердые  тела;
большинство  греческих  астрономов  придерживались   концепции,
согласно  которой  все  небесные  тела движутсЯ по окружностЯм,
поскольку круг---самаЯ симметричнаЯ геометрическаЯ фигура.

        ‚осточные философы отводили симметрии совершенно другое
место. Џоследователи дальневосточных мистических традиций часто
используют симметричные паттерны при медитации или  в  качестве
символов, однако понЯтие симметрии не играет заметной роли в их
философии.   Ќапротив,   оно,  как  и  все  понЯтиЯ,  считаетсЯ
продуктом мыслительной деЯтельности человека, а  не  свойством,
присущим  самой  природе.  Џоэтому восточные мудрецы не придают
симметричности  большого  значениЯ.  ‚  соответствии   с   этим
философским   подходом  восточное  искусство  часто  использует
асимметричные очертаниЯ и последовательности  и  избегает  всех
правильных и геометрических форм. ‚о вдохновленной учением дзэн
живописи  ЉитаЯ и џпонии мы нередко встречаем изображениЯ в так
называемом "стиле одного угла": расположение камней в  Японских
садах   не   подчинЯетсЯ   правилам   симметрии,  что  еще  раз
подтверждает, что роль симметрии в  восточной  культуре  сильно
отличаетсЯ от ее роли в культуре …вропы.

        Џо  всей видимости, стремление к поиску фундаментальной
симметрии в физике частиц ЯвлЯетсЯ частью нашего  эллинического
наследиЯ,  которое,  тем  не  менее,  плохо соотноситсЯ с общим
мировоззрением современной науки. Ћднако подчеркнутое  внимание
к  симметриЯм характерно не длЯ всех направлений физики частиц.
ЌарЯду со  статическим,  "симметрическим"  направлением  в  ней
представлена   и   "динамическаЯ"   школа,   котораЯ  стремитсЯ
рассматривать  паттерны  частицы  не   как   конечный   уровень
устройства  мира, а как нечто вторичное, своего рода проЯвление
динамической    природы    субатомной    действительности     и
принципиальной  взаимосвЯзанности и нераздельной слитности всех
происходЯщих  в  ней   Явлений.   ‚   последних   двух   главах
повествуетсЯ о том, как в течение десЯти последних лет в рамках
этого  динамического направлениЯ возник совершенно новый подход
к рассмотрению симметрий  и  законов  природы,  который  вполне
гармонирует  как  с  мировоззрением современной физики, так и с
восточными мистическими учениЯми.

        ѓлава 17. ЊЋ„…‹€ Џ…ђ…Њ…Ќ


        Ћдна из основных задач  современной  физики--объЯснение
симметрий мира частиц при помощи динамической модели, то есть в
терминах  взаимодействий между частицами. ‘ложность, собственно
говорЯ,  заключаетсЯ  в  том,  чтобы  одновременно  принЯть  во
внимание  теорию  относительности  и квантовую теорию. Џаттерны
частиц, вероЯтно, отражают  "квантовую  природу"  этих  частиц,
поскольку  сходные  паттерны  встречаютсЯ  и  в  мире атомов. ‚
физике частиц, однако, их  невозможно  объЯснить  как  волновые
паттерны,  в  рамках  квантовой теории, поскольку вовлекаемые в
эти процессы энергии столь  велики,  что  необходимо  применЯть
теорию  относительности.  Џоэтому  длЯ  рассмотрениЯ  симметрий
необходима "квантово-релЯтивистскаЯ" теориЯ частиц.

        ЏерваЯ модель такого типа--теориЯ квантового полЯ.  Ћна
прекрасно    подходит    длЯ    описаниЯ    всех   элементарных
взаимодействий между электронами и фотонами, но не может помочь
при рассмотрении  сильных  взаимодействий  (в  Џослесловии  эта
сторона  проблемы  раскрыта  более  полным  образом).  Џо  мере
открытиЯ новых частиц физики все больше убеждались в  том,  что
концепциЯ,  согласно  которой каждому типу частиц соответствует
особаЯ  разновидность  полЯ,  ЯвлЯетсЯ  непродуктивной.   Љогда
ученым  стало  Ясно,  что мир частиц представлЯет собой сложное
переплетение взаимосвЯзанных процессов, они начали искать новые
модели   длЯ   объЯснениЯ   этой   динамической,    непрестанно
изменЯющейсЯ     действительности.    €м    хотелось    описать
математическим  Языком  все  сложные  закономерности   адронных
преобразований:   их   постоЯнные  превращениЯ  друг  в  друга,
взаимодействиЯ между адронами через посредство  других  частиц,
возникновение   "свЯзанных   состоЯний"   двух   или   большего
количества  адронов  и  их  последующий  распад  на   различные
сочетаниЯ  частиц.  ‚се  эти  процессы, характерные длЯ сильных
взаимодействий  и  получившие   общее   наименование   "реакций
частиц",    должны    рассматриватьсЯ    в   контексте   единой
квантоворелЯтивистской адронной модели.

        Ќа сегоднЯшний  день  длЯ  описаниЯ  адронов  наилучшим
образом  подходит  так  называемаЯ "теориЯ S-матрицы". Љлючевое
понЯтие теории, S-матрица, было впервые предложено ѓейзенбергом
в 1943 году. ‡а последующие два десЯтилетиЯ ученые построили на
его основе стройную математическую модель длЯ описаниЯ  сильных
взаимодействий. S-матрица представлЯет собой набор вероЯтностей
длЯ  всех  возможных  реакций  с  участием  адронов.  S-матрица
получила такое наименование благодарЯ тому обстоЯтельству,  что
всЯ   совокупность   возможных   адронных  реакций  может  быть
представлена  в  виде  бесконечной  последовательности   Ячеек,
котораЯ в математике называетсЯ матрицей. Ѓуква "s" сохранилась
от  полного  названиЯ этой матрицы, котораЯ звучит как "матрица
рассеиваниЯ" (англ. "рассеивание" "scattering") и  используетсЯ
длЯ  обозначениЯ  процессов  столкновений,  или  "рассеиваний",
численно преобладающих среди всех реакций частиц.

        ‚прочем, на практике ни  у  кого  обычно  не  возникает
необходимости   использовать   S-матрицу   целиком,   то   есть
рассматривать всю  совокупность  адронных  процессов  в  целом.
Џоэтому  физики,  как  правило,  имеют дело только с отдельными
частЯми, или "элементами", S-матрицы, имеющими отношение к  той
разновидности  реакций, котораЯ ЯвлЯетсЯ предметом исследованиЯ
того или  иного  ученого.  ќти  элементы  изображаютсЯ  в  виде
графиков  (см. рис. 50). Ќа этом рисунке мы видим одну из самых
обычных реакций частиц: две частицы, Ђ и ‚, сталкиваютсЯ друг с
другом, превращаЯсь в две другие частицы --‘ и D. Ѓолее сложные
процессы имеют  больше  частиц-участников  и  изображаютсЯ  при
помощи следующих графиков (рис. 51).

        Ћчень  важно  учесть  тот  факт,  что графики S-матрицы
значительно отличаютсЯ от графиков ”ейнмана,  использующихсЯ  в
теории  полЯ.  Ћни  не  изображают механизм реакции подробно, а
лишь обозначают ее  первоначальных  и  конечных  участников.  ‚
теории  полЯ  тот  же  самый  обычный  процесс  Ђ+‚--C+D  будет
изображатьсЯ в виде обмена виртуальной  частицей  V  (см.  рис.
52).  ‚  теории  S-матрицы  мы  просто  нарисуем кружок в месте
пересечениЯ  линий  двух  частиц,  не   уточнЯЯ,   что   именно
происходит  внутри него. Џоэтому графики S-матрицы не относЯтсЯ
к разрЯду пространственно-временных,  представлЯЯ  собой  более
обобщенные   символические   изображениЯ  реакций  частиц.  ќти
реакции не принЯто характеризовать тем или  иным  положением  в
пространстве   и  времени.  €х  единственными  характеристиками
ЯвлЯютсЯ скорости,  или,  точнее,  импульсы,  частиц  на  входе
Ячейки S-матрицы и на выходе из них.

        €з  этого,  безусловно,  следует,  что график S-матрицы
содержит гораздо меньше информации, чем соответствующий  график
”ейнмана. ‘ другой стороны, теориЯ S-матрицы позволЯет избежать
той трудности, котораЯ не может быть преодолена в рамках теории
полЯ.  ‘овокупное  влиЯние  теории  относительности и квантовой
теории заключаетсЯ в  том,  что  взаимодействие  тех  или  иных
частиц  не  может  быть  точно  локализовано  в  пространстве и
времени. ‘огласно принципу неопределенности, при  более  четкой
пространственной  локализации  взаимодействиЯ частиц возрастает
неопределенность их скоростей (глава II),  а  следовательно,  и
неопределенность их кинетической энергии. ђано или поздно запас
кинетической энергии окажетсЯ достаточным длЯ образованиЯ новых
частиц,  после  чего  нельзЯ  с уверенностью утверждать, что мы
имеем  дело  с  тем  же  самым   процессом.   Џоэтому   теориЯ,
объединЯющаЯ квантовую теорию с теорией относительности, должна
отказатьсЯ  от  точного  местонахождениЯ отдельных частиц. …сли
это условие останетсЯ невыполненным,  как  в  теории  полЯ,  мы
неизбежно    столкнемсЯ    с    колоссальными   математическими
трудностЯми. €менно в этих трудностЯх заключаетсЯ головнаЯ боль
всех ученых, занимающихсЯ разработкой теорий  квантового  полЯ.
’еориЯ  S-матрицы решает эту проблему, указываЯ точные значениЯ
только  длЯ  импульсов  частиц  и  умалчиваЯ  о   том   участке
пространства, в котором происходит соответствующаЯ реакциЯ.

        Ћдно   из   важнейших   нововведений  теории  S-матрицы
заключаетсЯ в том, что она  переносит  акценты  с  объектов  на
событиЯ;  предмет  ее  интереса  составлЯют,  таким образом, не
частицы, а реакции между ними. ’акое смещение акцентов вытекает
из положений квантовой теории и теории относительности. ‘ одной
стороны, квантоваЯ теориЯ утверждает,  что  субатомнаЯ  частица
может    рассматриватьсЯ    только    в   качестве   проЯвлениЯ
взаимодействиЯ    различными    процессами    измерениЯ.    Ћна
представлЯет  собой  не  изолированный  объект,  а  своего рода
происшествие, или событие, которое особенным образом  реализует
свЯзь между двумЯ другими событиЯми. Џо словам ѓейзенберга.

        "[‚  современной  физике]  мир  делитсЯ не на различные
группы объектов, а на различные группы взаимоотношений...

        …динственное,   что   поддаетсЯ   выделению,-это    тип
взаимоотношений,  имеющих особенно важное значение длЯ того или
иного ЯвлениЯ... Њир, таким образом, представлЯетсЯ нам в  виде
сложного    переплетениЯ    событий,    в   котором   различные
разновидности взаимодействий могут чередоватьсЯ друг с  другом,
накладыватьсЯ   или   сочетатьсЯ   друг   с  другом,  определЯЯ
посредством этого текстуру целого" {34, 107}.


        ‘ другой стороны, теориЯ относительности побуждает  нас
говорить о частицах в терминах пространства-времени, понимаЯ их
как   четырехмерные   паттерны--не   столько  объекты,  сколько
процессы. S-матричный подход объединЯет обе эти  точки  зрениЯ.
€спользуЯ   четырехмерный   математический   формализм   теории
относительности, такой подход описывает все свойства адронов  в
форме  реакций  (или,  что более точно, в терминах вероЯтностей
реакций), устанавливаЯ, таким образом, тесную взаимосвЯзь между
частицами и процессами.  ‚  каждой  реакции  принимают  участие
различные частицы, которые свЯзывают ее с остальными реакциЯми,
формируЯ единую сеть процессов.

        Ќейтрон,    например,    может   участвовать   в   двух
последовательных  реакциЯх,  включающих  различные  частицы:  в
первой  --  протон  и  п-, во второй -- S- и Љ-. ’аким образом,
нейтрон оказываетсЯ звеном, соединЯющим две  реакции  в  рамках
более масштабного процесса (см. рис. 53, график "а"). ЉаждаЯ из
"входных"  и  "выходных" частиц в этом процессе может принимать
участие и в  других  реакциЯх;  так,  протон  может  возникнуть
благодарЯ  взаимодействию  между  Љ+  и  ‹ (см. график "в"). Љ+
вступит в реакцию с Љ- и п+, а п- -- с еще тремЯ пионами.  #  #
Ќе  ручаюсь  за истинность названий частиц. # ќто хороший повод
отослать читателЯ к профессиональной  #  литературе  по  данной
теме. #

        ‚  результате наш нейтрон оказываетсЯ звеном в огромной
сети взаимодействий, сети "переплетениЯ событий", если говорить
Языком S-матрицы. ‚заимодействиЯ внутри  такой  сети  не  могут
быть  определены со стопроцентной точностью. €м можно приписать
только  вероЯтностные  характеристики.   „лЯ   каждой   реакции
характерна та или инаЯ вероЯтность, зависЯщаЯ от запаса энергии
и других параметров реакции, и все эти вероЯтности определЯютсЯ
различными  элементами  S-матрицы.  Џри  этом  мы  можем дать в
высшей степени динамическое описание структуры адрона (см. рис.
54). ‚  этом  новом  контексте  нейтрон  из  нашей  сети  может
рассматриватьсЯ в качестве "свЯзанного состоЯниЯ" протона и п-,
из  которых  он  образовалсЯ,  а  также  в  качестве свЯзанного
состоЯниЯ S- и Љ-, которые образуютсЯ в результате его распада.
Љаждое из этих двух сочетаний адронов, как, впрочем,  и  многие
другие,  может  преобразоватьсЯ в нейтрон, а следовательно, они
могут быть названы компонентами его "структуры". ’ем не  менее,
структура  адрона  понимаетсЯ  в  данном  случае  не в качестве
некоего соединениЯ составных частей, а в  качестве  соотношениЯ
вероЯтностей  участиЯ  различных  частиц в образовании того или
иного   адрона.   Џри   таком   подходе   протон   потенциально
присутствует  внутри  пары  нейтрон-пион,  каон-ламбда  и т. д.
Џомимо  этого,  протон  обладает   потенциальной   способностью
распадатьсЯ   на   каждое   из   этих   сочетаний  при  наличии
достаточного   количества   энергии.   ‘клонность   адрона    к
существованию     в    различных    проЯвлениЯх    определЯетсЯ
вероЯтностЯми соответствующих реакций, каждаЯ из которых  может
рассматриватьсЯ   в  качестве  одного  из  аспектов  внутренней
структуры адрона.

        ЏонимаЯ   под   структурой   адрона   его    склонность
подвергатьсЯ   различным  реакциЯм,  теориЯ  S-матрицы  придает
понЯтию  структуры  динамический  характер.   ’акаЯ   трактовка
структуры  прекрасно  соотноситсЯ с экспериментальными данными.
“частвуЯ в высокоэнергетических  столкновениЯх,  адроны  всегда
распадаютсЯ  на  другие  адроны, и поэтому мы можем утверждать,
что они  потенциально  "состоЯт"  из  этих  сочетаний  адронов.
ЉаждаЯ  из  образующихсЯ  при  этом  частиц  будет подвергатьсЯ
дальнейшим  преобразованиЯм,  соединЯЯ,  таким   образом,   наш
исходный адрон с целой сетью событий, которую можно запечатлеть
внутри  пузырьковой  камеры  при  помощи  фотоаппарата. Џримеры
таких сетей реагированиЯ изображены на рисунках в главе 15 и на
рис. 55.

        •отЯ проЯвление той или иной сети во времЯ  конкретного
эксперимента  определЯетсЯ одной лишь случайностью, каждаЯ сеть
обладает вполне предсказуемой структурой.  Џричина--в  действии
уже  упоминавшихсЯ  законов  сохранениЯ, согласно которым могут
происходить  только  такие  реакции,  в   которых   сохранЯетсЯ
неизменным  определенный  набор  квантовых чисел. Џрежде всего,
константой  должно  быть  суммарное  количество  энергии.   ќто
означает, что в ходе реакции могут возникать только те частицы,
длЯ  образованиЯ  массы  которых окажетсЯ достаточным имеющийсЯ
запас энергии. „алее, возникшие частицы должны  в  совокупности
обладать  тем  же  квантовыми  числами,  что  и  первоначальные
частицы. ‚озьмем, к  примеру,  взаимодействие  протона  и  пи-.
‘уммарный   электрический  зарЯд  этих  частиц  равен  нулю.  ‚
результате их столкновениЯ могут образоватьсЯ нейтрон и пи-0 но
не нейтрон и пи+, так как суммарный электрический зарЯд второго
сочетаниЯ равен +1.
        ‘ледовательно,  адронные  реакции  представлЯют   собой
поток  энергии,  в котором возникают и исчезают частицы, но эта
энергиЯ  может  "течь"   только   по   некоторым   определенным
"каналам",   характеристиками  которого  и  ЯвлЯютсЯ  квантовые
числа, сохранЯющиесЯ во времЯ сильных взаимодействий в качестве
констант.

        ‚ теории S-матрицы понЯтие канала реакции  имеет  более
фундаментальное значение, чем понЯтие частицы. Ћно определЯетсЯ
как   набор   квантовых   чисел,  присущий  различным  адронным
сочетаниЯм,  а  нередко--и  отдельным  адронам.  Љакое   именно
сочетание  пройдет  через  тот  или  иной  канал,  определЯетсЯ
вероЯтностью  и  зависит,  в  первую  очередь,  от   имеющегосЯ
количества   энергии.   ѓрафик   на   рис.   56   соответствует
взаимодействию между протоном и  п-,  на  промежуточной  стадии
которого  образуетсЯ  нейтрон.  ’аким  образом,  канал  реакции
состоит сначала из двух адронов, потом -- из одного, а в  конце
концов--снова  из  первоначальной  пары  адронов.  Џри  наличии
большого количества энергии тот же самый канал мог бы  состоЯть
из  пар  ‹--Љ,  2--Љи  т.  д.  #  #  €стинные имена частиц тут?
•то‡нает, товарищи, •‡... #

        …ще более  уместно  рассматривать  в  терминах  каналов
реакций   резонансы   --  эти  крайне  недолговечные  состоЯниЯ
адронов, которые характерны длЯ  всех  сильных  взаимодействий.
Ћни  представлЯют собой настолько эфемерные ЯвлениЯ, что физики
сначала даже не хотели рассматривать их в качестве частиц, да и
до сих пор одна из важнейших задач, стоЯщих  перед  современной
экспериментальной  физикой  высоких энергий, заключаетсЯ в том,
чтобы более точно  определить  свойства  резонансов.  ђезонансы
образуютсЯ  во  времЯ столкновений между адронами и почти сразу
же распадаютсЯ. ‚ пузырьковой камере они никак не  обнаруживают
своего  присутствиЯ,  и  обнаружить  их  можно только благодарЯ
характерному  изменению  вероЯтностных  характеристик  реакций.
‚ероЯтность  прохождениЯ  реакции при столкновении двух адронов
зависит  от   количества   энергии,   принимающей   участие   в
столкновении. Џри изменении количества энергии вероЯтность тоже
изменЯетсЯ;  причем  при увеличении запаса энергии она может не
только возрасти,  но  и  снизитьсЯ,  что  определЯетсЯ  другими
особенностЯми  реакции.  Ћднако  при некоторых значениЯх запаса
энергии вероЯтность  реакции  возрастает  довольно  резко;  при
таких значениЯх реакциЯ будет происходить гораздо чаще, чем при
всех  остальных.  ђезкий рост вероЯтности свЯзан с образованием
недолговечного  промежуточного  адронного  состоЯниЯ  с  массой
равной  тому  количеству энергии, при котором отмечаетсЯ резкое
увеличение вероЯтности.

        Џричина,  по   которой   эти   недолговечные   адронные
состоЯниЯ  получили  название  резонансов,  имеет  отношение  к
аналогии из механики, свЯзанной  с  хорошо  известным  Явлением
резонанса  при  колебаниЯх.  ‚озьмем,  к примеру, звук, то есть
колебаниЯ воздуха. Њы знаем,  что  воздух,  находЯщийсЯ  внутри
какого-либо   полого   предмета,  обладает  способностью  слабо
реагировать на приходЯщие извне звуковые волны, но  если  волны
достигнут    определенной    частоты,   называющейсЯ   частотой
резонанса,  воздух  внутри  полости   тоже   начнет   совершать
колебаниЯ,  или  "резонировать".  Љанал  адронной  реакции тоже
можно  уподобить  такому  резонирующему   предмету,   поскольку
энергиЯ столкновениЯ адронов свЯзана с частотой соответствующей
вероЯтности  волны.  Љогда  эта  энергиЯ, или, что то же самое,
частота,  достигает  определенного  значениЯ,  канал   начинает
"резонировать",    колебаниЯ   вероЯтностной   волны   внезапно
усиливаютсЯ, что вызывает резкий  скачок  вероЯтности  реакции.
Ѓольшинство   каналов   реакции   имеют  несколько  резонансных
значений   энергии,    каждое    из    которых    соответствует
недолговечному    адронному   состоЯнию,   реализующемусЯ   при
приближении энергии столкновениЯ к резонансному значению.
        ‚ контексте теории S-матрицы вопрос о том, ЯвлЯютсЯ  ли
резонансы   "частицами",   терЯет   свой   смысл.  ‚се  частицы
воспринимаютсЯ как промежуточные стадии в сети реакций,  и  тот
факт,  что  продолжительность  существованиЯ резонансов гораздо
меньше, чем продолжительность существованиЯ других адронов,  не
имеет  решающего  значениЯ.  "ђезонанс"--и  в  самом деле очень
удачное название. Ћно относитсЯ одновременно  и  к  событиЯм  в
канале  реакции,  и  к  адрону,  образующемусЯ  в процессе этих
событий, обнаруживаЯ, таким образом,  неразрывную  свЯзь  между
частицами  и  реакциЯми.  ђезонанс--это  частица, но не объект.
ѓораздо более  уместно  назвать  его  событием,  процессом  или
чем-нибудь в этом роде.

        ќто  описание  адронов  в  физике вызывает в памЯти уже
цитировавшеесЯ выше высказывание „. ’. ‘удзуки:

"Ѓуддисты воспринимают объект как событие, а не как
вещь или материальную субстанцию".


        ’о,  что  открылось  буддистам  благодарЯ  мистическому
интуитивному   прозрению,   было   документально   подтверждено
экспериментами и математическими теориЯми современной науки.

        „лЯ того, чтобы описать все  адроны  как  промежуточные
состоЯниЯ   в   сети   реакций,  мы  должны  иметь  возможность
охарактеризовать  силы  взаимодействиЯ  между  ними.  Џоследние
принадлежат    к    числу    сил,   действующих   при   сильных
взаимодействиЯх,   и   отражают,   или   "рассеивают"   адроны,
участвующие  в  столкновениЯх,  уничтожаЯ  их  или преобразуЯ в
другие структуры, а также объединЯЯ их в группы,  служащие  длЯ
последующего  образованиЯ  промежуточных свЯзанных состоЯний. ‚
теории S-матрицы, как и  в  теории  полЯ,  силы  взаимодействий
ассоциируютсЯ  с  частицами, однако понЯтие виртуальной частицы
не  используетсЯ.  ‚место  этого  соотношениЯ  между  силами  и
частицами  основываютсЯ на особом свойстве S-матрицы, известном
под названием "кроссинг". ђассмотрим его на примере  следующего
графика,  изображающего  взаимодействие  между  протоном  и пи-
(рис. 57).

        …сли  мы  перевернем  этот  график  на   90   градусов,
придерживаЯсь  принЯтого  ранее  допущениЯ (глава 12), согласно
которому стрелки, направленные вниз, означают  античастицы,  мы
увидим  на  графике  взаимодействие  антипротона (р-) и протона
(р), в результате которого образуетсЯ пара  пионов,  причем  п+
представлЯет  собой античастицу длЯ п- исходного взаимодействиЯ
(рис. 58).

        ‘войство "кроссинга", то есть пересечениЯ, перекрестка,
характерное длЯ S-матрицы, в данном случае заключаетсЯ  в  том,
что  оба эти процесса могут быть изображены при помощи одного и
того же элемента S-матрицы (рис. 59), то есть два наших графика
соответствуют только различным аспектам, или "каналам", одной и
той же реакции. (Њы можем продолжать  вращать  график,  получаЯ
новые  и новые варианты реакций, описываемые, тем не менее, при
помощи все того же графика. Љаждый элемент S-матрицы изображает
шесть различных процессов, однако длЯ нашего рассказа  о  силах
взаимодействиЯ  достаточно  упомЯнуть  только  о  двух  из них,
которые названы выше). „лЯ специалистов в области физики частиц
переходы от одного канала к другому ЯвлЯютсЯ обычными, и вместо
того, чтобы переворачивать график, они просто читают его  снизу
вверх  или слева направо, говорЯ при этом о "прЯмом канале" или
"кросс-канале". ’аким образом, реакциЯ в  нашем  примере  будет
прочитана как р+(пи-)-->р+(пи-) в прЯмом канале, и как (р-)+(р)
-> (пи-)+(пи+)--в кросс-канале.

        ‘вЯзь  между  силами  и  частицами  осуществлЯетсЯ  при
помощи промежуточных состоЯний двух каналов. ‚ нашем  случае  в
прЯмом  канале  протон  и  пи-  могут  образовать промежуточный
нейтрон,  а  кросс-канал  может  состоЯть   из   промежуточного
нейтрального  пиона  (пи0).  ќтот пион, промежуточное состоЯние
кросс-канала,  будет  рассматриватьсЯ   как   воплощение   сил,
действие  которых  в  прЯмом  канале  выражаетсЯ  в  свЯзывании
протона и пи- в единое целое длЯ  образованиЯ  нейтрона.  ’аким
образом,  длЯ  установлениЯ  свЯзи между силами и частицами нам
необходимы оба канала: то, что в одном из них ЯвлЯетсЯ силой, в
его кросс-канале будет уже промежуточной частицей (рис. 60).

        •отЯ  переключение  с  одного  канала  на   другой   не
представлЯет   больших   трудностей   математического  порЯдка,
получить  четкое  интуитивное  ощущение  того,  что  при   этом
происходит, очень сложно, если вообще возможно. „ело в том, что
"кроссинг"  представлЯет  собой типично релЯтивистское Явление,
рассматривающеесЯ в контексте четырехмерного формализма  теории
относительности  и с трудом поддающеесЯ визуализации. ‘ похожим
положением  дел  мы  сталкиваемсЯ  в  теории  полЯ,  где   силы
взаимодействиЯ  рассматриваютсЯ  в  виде  обменов  виртуальными
частицами.  €  в  самом  деле,  график,  на  котором  изображен
промежуточный  пион  в кросс--канале, чем-то напоминает графики
”ейнмана,  использующиесЯ  длЯ  описаниЯ  обменов  виртуальными
частицами  (не  следует,  однако,  забывать  о том, что графики
S-матрицы  не  ЯвлЯютсЯ  пространственно-временными   и   имеют
характер  приблизительных,  символических  изображений  реакции
частиц, а также о том, что  переключение  от  одного  канала  к
другому  происходит в абстрактном математическом пространстве).
‚ этой свЯзи  можно  условно  говорить  о  том,  что  протон  и
пивзаимодействуют   посредством  обмена  пи0.  ’акие  выражениЯ
нередко встречаютсЯ в речи физиков, однако они не вполне точны.
Ѓолее адекватное толкование происходЯщего требует обЯзательного
использованиЯ  абстрактных  понЯтий  прЯмого  и  кросс-каналов,
которые практически невозможно представить себе зрительно.

        ЌесмотрЯ  на  различные  математические  подходы, общее
понимание сил взаимодействиЯ в теории S-матрицы мало отличаетсЯ
от теории полЯ. ‘огласно  обеим  теориЯм,  силы  проЯвлЯютсЯ  в
форме  частиц,  масса  которых определЯет радиус действиЯ силы.
Ћбе теории видЯт в силах имманентные свойства взаимодействующих
частиц:  в  теории  полЯ  силы  ЯвлЯютсЯ  отражением  структуры
виртуальных   облаков   частиц,   а   в  теории  S-матрицы  они
порождаютсЯ свЯзанными  состоЯниЯми  взаимодействующих  частиц.
ЋбоснованнаЯ  нами  параллель  с  восточным толкованием понЯтиЯ
силы, характерна, таким образом, длЯ  обеих  этих  теорий  (см.
главу  14). €з такого подхода к рассмотрению сил взаимодействиЯ
вытекает важный вывод о том, что все известные  частицы  должны
иметь  некую внутреннюю структуру, поскольку только в последнем
случае они смогут вступать во взаимодействие с  наблюдателем  и
быть  замеченным им. Џо словам „жеффри —у, одного из создателей
теории S-матрицы.

"‚оистину,  элементарнаЯ  частица -- пол-
ностью лишеннаЯ внутренней структуры -- не
была бы подвержена действию каких-либо сил,
которые могли бы помочь нам обнаружить ее
существован