Инженеры и ученые социалистических стран претворили в жизнь остроумную идею, предложенную группой специалистов, и превратили морально устаревшую гигантскую установку в первый в мире ускоритель для получения релятивистских атомных ядер, то есть ядер, движущихся со скоростями, близкими к скорости света. Энергия, которую приобретает в этом ускорителе атомное ядро, во столько раз больше, чем у протона, во сколько раз его электрический заряд больше заряда протона. Так, ядро кальция в принципе можно разогнать до 200 миллиардов электрон-вольт.
Новое научное направление, идейная, а затем и экспериментальная основа которого была впервые создана в ОИЯИ, помогло замкнуть в единую систему такие отдельные области исследования микромира, как ядерная физика и физика элементарных частиц.
Раньше мы говорили только о прикладных, если так можно сказать, связях физики ядра и физики частиц высоких энергий. В основном они сводились к использованию элементарных частиц в тех экспериментах, где надо было выявить структуру и свойства ядерного вещества.
Но в последние годы физики-элементарщики подметили глубокую аналогию между ядерными реакциями при больших энергиях и теми реакциями, в которых участвуют элементарные частицы, и решили обратиться за помощью к релятивистской ядерной физике в решении самой сложной и наиболее важной из стоящих перед ними проблем — создании теории сильных взаимодействий.
Даже при поверхностном знакомстве с результатами исследований элементарных частиц бросается в глаза одно парадоксальное обстоятельство: большинство реакций, вызываемых ускоренными частицами, сопровождается сильными взаимодействиями между ее участниками, а теория этого взаимодействия до сих пор остается наименее разработанной.
Со времени Э. Резерфорда, впервые наблюдавшего, как ведут себя на близком расстоянии альфа-частица и атомное ядро, физики только тем и занимаются, что сталкивают ядерные частицы, получая сведения, необходимые для построения теории. Они считают, что раскроют все тайны и решат все загадки сильного взаимодействия в том случае, если заставят, например, протоны подойти как можно ближе друг к другу. Экспериментаторы добиваются этого, сообщая протонам с помощью ускорителей все большую энергию.
Но мир элементарных частиц, который не может существовать вне своей питательной среды — огромной энергии, — очень чутко реагирует на ее изменение. Предсказания о поведении частиц в новом энергетическом диапазоне, основанные на наблюдениях за ними при меньших энергиях, сбываются очень редко.
Перед протонами, имеющими скорость, близкую к скорости света, открываются, как правило, совсем другие возможности, чем перед протонами, обладающими небольшой скоростью. А это означает, что экспериментаторы всякий раз имеют дело как бы с совершенно незнакомым объектом, который предстоит изучить заново. Желанная цель — открытие законов, управляющих сильными взаимодействиями, — отступает все дальше по мере продвижения к ней, как отступает горизонт перед усталым путником. И сегодня описание простейшего, казалось бы, события — встречи протона большой энергии с другим протоном — одна из наиболее острых проблем физики высоких энергий.
Что же превратило реакцию столкновения двух ядерных частиц в обильный источник труднейших вопросов?
Мощные ускорители разгоняют протоны столь сильно, что соответствующая им по квантовой механике длина волны становится на три порядка меньше размера самой частицы. Это, в свою очередь, делает ядерную реакцию далеко не безразличной к внутреннему устройству протонов: во взаимодействии двух частиц, по сути дела, проявляется взаимодействие между собой их составных частей.
Какими же видят друг друга сближающиеся протоны огромных энергий?
В том-то и дело, что физики не знают, какую структуру имеют адроны (мы уже говорили, что адроны — это общее название всех сильновзаимодействующих частиц), а поэтому и не могут себе представить, как произойдет столкновение всего двух элементарных частиц.
Экспериментаторы добросовестно делают свое дело — скрупулезно, по крупинкам, собирают разрозненные и отрывочные сведения о поведении адронов. Теоретики на этой основе создают схемы строения адронов и моделируют реакции элементарных частиц при больших энергиях. Круг познания — наблюдение, осмысливание, предсказание, проверка, — замыкаясь, выявляет истину. На сегодня она состоит в том, что, подобно ядру, которое то проявляет себя как капля ядерного вещества, то похоже на группу собравшихся зачем-то вместе независимых нуклонов, адроны тоже подчас демонстрируют совершенно противоположные свойства.