"Ноябрьская революция"

Драма идей в познании природы

В 1974 году в экспериментах по аннигиляции электронов и позитронов, разогнанных навстречу друг другу, была открыта частица нового типа. Частицу открыли независимо две группы физиков. Одна группа назвала ее J-частицей (джей-частицей), другая назвала ее y-частицей (пси-частицей). Частицу стали называть J/y (джей-пси).

Рождение J/y-частиц проявлялось как очень узкий резонанс (значительно более узкий, чем все известные частицы-резонансы) в процессе: электрон+позитрон®J/y-частица®продукты ее распада. Новая частица была нейтральной; она взаимодействовала и с лептонами, и с адронами; обладала спином 1.

Было открыто целое семейство таких частиц. J/y все более уверенно отождествлялась со связанным состоянием нового очарованного кварка и его антикварка. Существование такого кварка было предсказано в теории слабого взаимодействия. Очарование c-кварка в J/y компенсировалось присутствием анти-c-кварка. В J/y очарование явным образом не проявлялось. Это была частица со скрытым очарованием. Начался интенсивный поиск частиц с явным очарованием. И такие частицы вскоре были открыты.

Открытие J/y произошло в ноябре 1974 года. Это открытие вызвало бурный поток теоретических идей и экспериментальных предложений. На равной основе рассматривались самые разные теоретические объяснения природы J/y. При обсуждении таких идей не смущало предсказание новых частиц. Экономным теориям предпочтение не оказывалось. В физике происходил переворот. Этот переворот иногда именовался в литературе "ноябрьской революцией".

Средневековый философ У.Оккам выдвинул принцип "бритвы", отсекающий в науке все лишнее, не необходимое. Принцип бритвы Оккама гласил: "Entia non sunt multiplicanda praeter necessitatem" ("Сущности не следует умножать без необходимости"). Это была древнейшая формулировка принципа экономии; все, что не необходимо, не существует. Отсекай все, что не доказано. Э.Мах доводил этот принцип до абсурда в своих представлениях о науке как о принципе экономии мышления.

Ноябрьская революция, казалось, впадала в другую крайность, предавая этот принцип забвению. Теории, содержащие новые гипотетические частицы, стали выдвигаться безбоязненно. Единственной возможностью их отсечь была проверка их предсказаний в экспериментах. И среди обилия различных теоретических объяснений свойств семейства J/y-частиц все ярче выявлялась доказательная сила квантовой хромодинамики.

Квантовая хромодинамика позволила объяснить, почему J/y-резонанс оказывается таким узким. Адроны и, в частности, J/y-частица не имеют цветового заряда. Поэтому в паре c^-c, составляющей J/y, цветовой заряд полностью скомпенсирован. Из сохранения цветового заряда следует, что не обладающая цветовым зарядом пара c^-c не может превратиться в один глюон, несущий цветовой заряд. Связанная пара c^-c подобна электрически нейтральной системе связанных электрона и позитрона - системе позитрония - "атому", у которого ядром является позитрон. Исходя из этой аналогии систему c^-c называют чармонием (от английского слова charm - очарование).

Если спины электрона и позитрона направлены в противоположные стороны, то это - система с нулевым полным спином - парапозитроний. При аннигиляции электрона и позитрона парапозитроний превращается в два фотона. Если спины электрона и позитрона ориентированы в одном направлении, то это - система с единичным полным спином - ортопозитроний. Такая система может превратиться только в три фотона.

J/y имеет спин 1. Это связанное состояние очарованного кварка c и его антикварка c^- подобно ортопозитронию, и превратиться это состояние может только в три глюона. Этим глюонам передается довольно большая энергия и импульс, поэтому вероятность испускания каждого глюона оказывается небольшой, а распад J/y происходит, если все три глюона рождаются одновременно. Потом глюоны саморазмножаются, рождаются пары легких кварков и антикварков, но вероятность этих последующих процессов уже можно считать равной единице. Они медленно разворачиваются после быстрого процесса распада на глюоны. При этом вероятность распада J/y, пропорциональная произведению трех малых величин a_c, подавляемая дополнительно малым коэффициентом, оказывается малой.

Я.Б.Зельдович, М.Ю.Хлопов, 1988 год