Квантовый лабиринт. Как Ричард Фейнман и Джон Уилер изменили время и реальность - [94]

Физик Джордж Цвейг, работавший над проблемой независимо, почти в то же самое время предложил схожую схему, только назвал компоненты «тузами».

Фейнман тоже заинтересовался идеей, что протоны и нейтроны состоят из неких составляющих. Он знал о модели Гелл-Мана, но целиком дистанцировался от нее, и когда «Нью-Йорк Таймс» в статье «Два человека в поиске кварка», опубликованной в октябре 1967, предположила, что они работают вместе, он ответил письмом в редакцию: «Хотя и сделал многое из того, что упоминается в вашей статье, я на самом деле не несу ответственности за то, что ученые начали думать о кварках. Это стало результатом выдающейся идеи Гелл-Мана, к которой он пришел, работая совершенно независимо»¹²⁰.

Фейнмана интересовала не классификация кварков, а скорее феноменология, результаты столкновения частиц. Из разрозненных данных он делал те же самые выводы, что и Гелл-Ман: что адроны состоят из более фундаментальных «кирпичиков». Он показал, что это должны быть точечные частицы, подобные электронам, но подверженные влиянию сильного взаимодействия. Возможно, из духа соперничества с коллегой по Калтеху он назвал эти объекты «партонами», а не кварками.

Партоны в концепции Фейнмана больше походили на стандартные фундаментальные частицы, в то время как кварки Гелл-Мана представали более аморфными. Статью с изложением своей схемы Ричард опубликовал в 1969 году.

Термин «партон» имел некоторое хождение в 70-х, но победило более причудливое словечко «кварк». Мы теперь знаем, что существуют шесть «ароматов» (разновидностей) кварков: нижний, верхний, странный, очарованный, прелестный и истинный. Они значительно отличаются по массе, верхний и нижний – легчайшие и наиболее распространенные. Обычные ядра атомов состоят только из них. Другие ароматы более экзотичны, их находят в космическом излучении и «обломках», что остаются после столкновения частиц с высокой энергией.

Все адроны, существующие в природе или воспроизводимые в коллайдерах, являются комбинациями шести ароматов кварков и их противоположностей-антикварков. Барионы – это три кварка, мезоны – дуэты кварка и антикварка; например, протон – верхний, верхний и нижний кварки, нейтральный каон – смесь нижнего-антистранного и странного-антинижнего.

Когда ученые работали над теорией квантового поля кварков, они использовали квантовую электродинамику и метод диаграмм Фейнмана. Они ввели новую частицу обмена, названную «глюон», способную переносить сильное взаимодействие точно так же, как фотоны переносят электромагнетизм. Диаграмма Фейнмана представляет глюон в виде спирали.

Оскар Гринберг, студент Уилера по курсу общей теории относительности, когда они посещали Эйнштейна, придумал жизнеспособный способ описания эквивалента электрического заряда для сильного взаимодействия: цветовой заряд. Каждый кварк может обладать либо красным, либо зеленым, либо голубым зарядом, а барион комбинировать все три. Это вовсе не настоящие цвета, термин условный точно так же как «аромат», и не имеет ничего общего с реальной окраской.

Квантовая теория сильного взаимодействия стала известна под именем квантовой хромодинамики (КХД).

КХД не стояла на месте, точно так же развивалась и электрослабая теория, комбинация квантовой электродинамики и слабого взаимодействия. Поэтому теоретики в шестидесятых и семидесятых мечтали о перспективе всеобщей унификации: объединить три из четырех фундаментальных взаимодействий в единую квантовую теорию, куда будут входить кварки, фотоны, лептоны, глюоны и переносчики слабого взаимодействия. Ученые предполагали, что при достаточно высокой температуре, например в пылающей топке Большого взрыва, все три взаимодействия имели одну силу, радиус действия и прочие свойства. Только когда вселенная немного остыла, эти силы начали различаться.

Самые смелые надеялись, что в общую схему удастся добавить и четвертую силу, гравитацию. Но любые попытки квантовать ее приводили к бесконечным величинам, а дисбаланс в силе между этим взаимодействием и тремя остальными выглядел слишком большим, некоторые предлагали сначала унифицировать первые три. Но даже попытки скомбинировать сильное и электрослабое взаимодействия в Теории Великого объединения успехом не увенчались.

Любопытно, что значимое различие между сильным и слабым взаимодействиями имело отношение к инвариантности заряд-пространство. Первое сохраняло симметрию данного типа, второе ее нарушало, а если учесть соединение с временной симметрией, казалось странным, что сильные процессы выглядели одинаковыми при движении вперед и назад во времени, в то время как слабый распад мог в некоторых случаях показать разницу.

Не могло ли время наконец стать обратимым, особенно если все силы в конечном итоге едины при высоких энергиях?

Альфа и омега

Открытия в мире частиц, такие как измерения Кронина и Фитча в отношении каонов, обнаруживали странные факты о времени в очень маленьком масштабе, но и полученные космологами результаты порой выглядели не менее чудными. Данные об РКИ Пензиаса и Уилсона продемонстрировали значительную однородность в температуре вне зависимости от того, куда они направляли свои детекторы.