Почему мы существуем? Величайшая из когда-либо рассказанных историй

Тем не менее Гелл-Манн допускал, что его схема может быть всего лишь математической конструкцией, полезной для классификации, а на самом деле кварков не существует и за этим термином не стоит реальных частиц. В конце концов, ни на одном ускорителе и ни в одном эксперименте с космическими лучами никогда не наблюдали ни одного свободного кварка. Вероятно также, что Гелл-Манн находился под влиянием популярной идеи о том, что квантовая теория поля, а следовательно, и понятие элементарных частиц как таковых не работает в ядерных масштабах. Даже в 1972 г. он заявлял: «Позвольте подчеркнуть тот главный момент, что, вполне возможно, нам удастся построить исчерпывающую теорию адронов, основанную на кварках и некоем клее… Но это совершенно не означает никакого конфликта с бутстрап-теорией, поскольку сущности, с которых мы начинаем, вымышленные».

С этой точки зрения попытки описать сильное взаимодействие при помощи калибровочной квантовой теории поля Янга – Миллса, в которой взаимодействие переносится реальными калибровочными частицами, предпринимаются зря. Это просто казалось невозможным. Сильное взаимодействие работало, судя по всему, только на ядерных масштабах, так что если уж описывать его калибровочной теорией, то фотоноподобные частицы, которые будут переносить это взаимодействие, должны быть тяжелыми. Но при этом не было данных в пользу хиггсовского механизма с его массивными сильно взаимодействующими хиггсоподобными частицами, которые легко должны были бы обнаруживаться в экспериментах. Обобщая, можно сказать, что взаимодействие было, попросту говоря, настолько сильным, что, даже если бы оно описывалось калибровочной теорией, все методы квантовой теории поля, придуманные для вывода предсказаний и замечательно работавшие с другими силами, не сработали бы в применении к сильному взаимодействию. Вот почему Гелл-Манн в приведенной цитате говорит о бутстрапе – имеется в виду дзеноподобная идея о том, что по-настоящему фундаментальных частиц просто не существует. Аплодисменты без рук, пожалуйста.

Всякий раз, когда теория, как в данном случае, заходит в тупик, очень полезно использовать эксперимент в качестве ориентира, и как раз это произошло в 1968 г. Серия основополагающих экспериментов, которые провели Генри Кендалл, Джерри Фридман и Ричард Тейлор с использованием новопостроенного ускорителя SLAC, на котором электроны высоких энергий рассеивались на протонах и нейтронах, обнаружила нечто замечательное. Выяснилось, что протоны и нейтроны действительно имеют некую субструктуру, но она была очень странной. Столкновения демонстрировали свойства, которых никто не ожидал. Указывали ли они на кварки?

Теоретики не замедлили прийти на помощь. Джеймс Бьёркен продемонстрировал, что явления, которые наблюдали экспериментаторы и которые стали называть скейлингом, можно понять, если считать, что протоны и нейтроны состоят из фактически не взаимодействующих точечных частиц. Затем Фейнман интерпретировал эти объекты как реальные частицы, которые он назвал партонами, и предположил, что в них можно распознать Гелл-Манновы кварки.

Однако у этой картины была одна по-настоящему крупная проблема. Если все сильно взаимодействующие частицы состоят из кварков, то кварки, безусловно, должны и сами участвовать в сильном взаимодействии. Почему же все выглядит так, будто они почти свободны внутри протонов и нейтронов и при этом не вступают в сильное взаимодействие друг с другом?

Более того, в 1965 г. Намбу, Хан Му Юн и Оскар Гринберг предположили и убедительно обосновали, что если сильно взаимодействующие частицы построены из кварков и являются фермионами, как электроны, то Гелл-Маннова классификация известных частиц по различным сочетаниям кварков в них получится непротиворечивой только в том случае, если кварки обладают каким-то новым видом внутреннего заряда – новым калибровочным зарядом Янга – Миллса. Из этого следовало, что они вступают в сильное взаимодействие посредством нового набора калибровочных бозонов, которые тогда назвали глюонами. Но где эти глюоны, и где эти кварки, и почему нет никаких свидетельств сильного взаимодействия кварков внутри протонов и нейтронов, если они действительно совпадают с партонами Фейнмана?