Взаимосвязь микро- и макро- – одно из конкретных выражений диалектики природы, всеобщей взаимосвязи и взаимозависимости ее явлений. Уже сейчас в ряде случаев трудно разделить, где космология, изучающая строение и эволюцию Вселенной, и где теория элементарных частиц. В центре внимания современной астрофизики находятся объекты, отличающиеся необычайно высокой плотностью, а порой и очень малыми размерами. В частности, в качестве объектов, где связь микро- и макро- реально проявляется, можно привести черные дыры с радиусом 10– 13 сантиметра. Их масса должна составлять 108 тонн! Экспериментальное обнаружение подобных экзотических объектов – одна из интереснейших задач современной физики. Подобные экстремальные состояния материи не могут быть описаны в рамках одной лишь общей теории относительности Эйнштейна, так как при столь больших плотностях неизбежно возникают специфические квантовые эффекты. Поэтому одной из важнейших задач современной физики является развитие квантовой гравитационной теории, которая объединила бы общую теорию относительности и квантовую физику.

А это значит, что путь к пониманию физической природы многих удивительных явлений, обнаруженных в последние годы во Вселенной, быть может, начинается в глубинах микромира.

Однако для того, чтобы где-то в ультрамалых пространственно-временных областях нащупать кончик той нити, которая словно «нить Ариадны» должна привести нас к разгадке сокровенных тайн космических объектов, сперва, видимо, надо еще понять что-то непонятое в самом микромире.

Между тем во второй половине XX столетия в физике микромира наступило заметное затишье. Во всяком случае, в начале 1970-х годов многие известные специалисты высказывали мнение, что физика микромира явно отступает на второй план и что ее роль в современном естествознании значительно скромнее, чем у физики атома в начале века, когда этот раздел физической науки занимал доминирующее положение и в умах людей и в области практических приложений. А сегодня?..

Вот что рассказывает доктор физико-математических наук Владимир Иванович Манько.

Манько: На мой взгляд, в последнее время ситуация в физике микромира изменилась самым существенным образом. В частности, получила развитие новая область физики элементарных частиц: так называемые новые частицы. Как известно, новые частицы открывали и раньше, но недавно были обнаружены так называемые пси-частицы, обладающие весьма интересными свойствами. Кстати, за их открытие двум американским физикам были присуждены Нобелевские премии за 1976 год.

Автор: Чем же замечательно это открытие? Тем, что обнаружены какие-то совершенно необыкновенные частицы, или тем, что их существование подтвердило какие-то важные теоретические идеи?

Манько: Еще в 1964 году М. Гелл-Манн и Г. Цвейг на основе некоторых теоретических соображений выдвинули весьма смелую и оригинальную идею об особых фундаментальных частицах – кварках с дробными электрическими зарядами. Согласно этому предположению, существуют три кварка и три соответствующих им антикварка, из которых могут быть построены протоны, нейтроны, гипероны, мезоны и некоторые другие элементарные частицы.

В теоретическом отношении гипотеза кварков оказалась весьма интересной и многообещающей. Во всяком случае, в мире элементарных частиц все происходит именно так, как если бы кварки действительно существовали.

Автор: Но, как известно, кварки, несмотря на большие экспериментальные усилия, обнаружить до сих пор так и не удалось. Чем это объяснить?

Манько: В самом деле, в период с 1964 по 1970 год во многих лабораториях мира предпринимались весьма активные поиски кварков. Их искали на ускорителях элементарных частиц, в космических лучах и даже в образцах лунного грунта. Однако обнаружить кварки в свободном состоянии к со жалению, действительно так и не удалось, Правда, время от времени в печати появляются сообщения о том, что кварки, наконец, открыты. Но дальнейшие исследования эти сообщения не подтверждают.

Но в то же время без гипотезы кварков было бы очень трудно объяснить многие свойства элементарных частиц.

Автор: Каков же выход из сложившейся ситуации?

Манько: Несмотря ни на что, гипотеза кварков продолжает развиваться. В частности, не так давно теоретики пришли к выводу о существовании еще одного – четвертого кварка, который должен характеризоваться и особым, так называемым квантовым числом, получившим название «очарования» или «чарма».

Автор: У физиков явная склонность к поэтическим названиям… Но если есть четвертый кварк, то, видимо, должны существовать и частицы, в состав которых он входит?

Манько: Именно одна из таких частиц – джей-пси-мезон и была открыта в ноябре 1974 года американскими физиками С. Тингом и Б. Рихтером. Есть предположение, что джей-пси-мезон представляет собой своеобразную атомоподобную систему, которая состоит как раз из упомянутого мной четвертого кварка и его антикварка. Кстати, эту систему назвали «чармонием». Обнаружены и некоторые другие пси-частицы той же природы.

Автор: Насколько я понимаю, открытие новых частиц является немаловажным косвенным свидетельством в пользу гипотезы кварков. Но в таком случае вновь возникает все тот же вопрос: почему эти объекты не удастся обнаружить на опыте?

Манько: Есть любопытная идея – так называемого удержания кварков. Речь идет о том, что, быть может, вообще в природе существуют частицы (в том числе и кварки), которые в принципе невозможно оторвать друг от друга и выделить в чистом виде.