В первой четверти нашего столетия силы тяготения и силы электрические, вернее, электромагнитные позволяли физикам объяснять практически все явления, с которыми люди сталкивались в природе. К этому времени закон всемирного тяготения Ньютона дополнила общая теория относительности Эйнштейна, объединившая понятия пространства и времени и связавшая их с гравитационной силой. А для электромагнитного взаимодействия существовала разработанная Максвеллом теория электромагнетизма. Причем каждая теория имела свой развитый математический аппарат и хорошо согласовывалась с экспериментами. Пожалуй, каждую можно было при желании рассматривать как отдельный замкнутый свод законов и формул, определяющих свою часть явлений… Но природа едина! Эта мысль, высказанная в глубокой древности, никем из ученых сомнению не подвергалась. И постепенно у Эйнштейна возникает идея того, что тяготение и электромагнетизм есть проявления единой силы, только в разных ипостасях. Но нельзя ли в таком случае попытаться объединить их и создать единую теорию, описывающую вообще все проявления великой матери природы с единых позиций… Грандиозная задача! Все оставшиеся 35 лет жизни отдал великий физик ее решению. Он пытался найти такую геометрическую характеристику тяготения, которая соответствовала бы электрическому заряду. То есть он хотел распространить геометрию пространства-времени на электромагнетизм… Увы, сделать это Эйнштейну не удалось.
В своих попытках он не учитывал ядерные силы. И это понятно, в годы его молодости ученые только догадывались о них. Сильные и слабые взаимодействия представлялись нечетко еще и в середине нашего века.
Но вот во второй половине 50-х годов в связи с «загадкой тау — тэта», гласящей о нарушении симметрии между частицами, участвующими в слабом взаимодействии, у ряда молодых физиков возникла мысль о существовании связи между электромагнитными и слабыми силами. По теоретическим соображениям при такой связи в слабых взаимодействиях должны были участвовать три промежуточных частицы, три промежуточных векторных бозона: W+, W— и нейтральная Z° — частица.
Это предположение вызвало оживленные дискуссии среди специалистов. Развитие объединенной теории потребовало и других предположений; среди них — объединение кварков в дублеты (пары). А следовательно, к трем гипотетическим «первоначалам», на роль которых претендовали кварки, следовало добавить четвертый кварк. Им оказался «очарованный», кварк, введенный Ш. Глэшоу. Кроме того, теория, авторами которой стали Абдус Салам и Стивен Вайнберг, предсказала еще целый ряд процессов, которые должны были проявиться в экспериментах, чтобы подтвердить правильность выдвинутых предположений. Ведь всякая идея становится только тогда теорией, когда получает подтверждение на практике… Между тем экспериментальное подтверждение никак не получалось, и кое-кто стал все чаще повторять любимое присловье скептически настроенного Вольфганга Паули: «Что разделено богом — не соединить человеку».
Да и действительно, ведь в обычных условиях электромагнитное и слабое взаимодействия воспринимаются нами как совершенно самостоятельные и различные проявления. Но и в теории Салама и Вайнберга никто не видел ошибок. А они утверждали, что при энергии взаимодействия между частицами выше определенного предела, правда, предела довольно высокого, обе силы должны слиться в одну «электрослабую» силу, которая действует между всеми элементарными частицами совершенно одинаково, независимо от их электрического заряда, не делая различия между лептонами и адронами. Но происходить такое объединение могло лишь при энергиях примерно около 100 ГэВ. К сожалению, столь мощных ускорителей в ту пору на земле еще не построили. Но физики надежд не теряли. Теоретики трудолюбиво уточняли требуемую энергию и снизили ее до 90 и 80 ГэВ, а экспериментаторы уже в 1973 и 1974 годах получили на имеющихся атомных машинах косвенное подтверждение того, что теория вроде бы верна, потому что предсказанные частицы имеют тенденцию вскоре появиться… А в 1978 году, как пишет сам А. Салам, экспериментом, проведенным на Стэнфордовском линейном ускорителе (СЛАК), в проблему «был забит последний гвоздь»…
Так выглядела фотография одного из решающих экспериментов, которые привели к созданию теории электрослабых воздействий. Снимок сделан на пузырьковой камере «Гаргамель» в ЦЕРНе. В центре — трек электрона, столкнувшегося с нейтрино и обменявшимся нейтральным промежуточным бозоном Z0.
Нет-нет, ни W—, ни Z°-бозоны получены пока не были, энергии ускорителей для них по-прежнему не хватало, но косвенных доказательств ученые получили столько, что уже в 1979 году 15 октября Нобелевский комитет принял решение «присудить Нобелевскую премию по физике Шелдону Глэшоу, Абдусу Саламу и Стивену Вайнбергу за работы по созданию теории, объединяющей слабое и электромагнитное взаимодействия элементарных частиц, и особенно за предсказание существования нейтральных слабых токов». Не поспешили ли шведские ученые, ведь промежуточных бозонов еще никто не обнаружил?..
В середине 1981 года в ЦЕРНе был запущен большой протон-протонный суперсинхротрон. В нем при столкновении вращающихся навстречу пучков протонов и антипротонов в результате аннигиляции должна была выделяться энергия, вполне достаточная для рождения Z°-частицы. Должны были возникнуть и заряженные бозоны, регистрировать которые было труднее. И если бы не датчики и не накопитель, сконструированные голландским инженером Симоном ван дер Меером, если бы не четкая программа и не руководство всем циклом работ итальянского физика Карло Руббиа, трудно сказать, чем окончился бы этот поиск. Надо сказать, что аппаратура только для регистрации возможного нейтрального бозона заняла установку в несколько этажей.
Но труды и затраты даром не пропали. В начале 1983 года физики-экспериментаторы получили первые надежные подтверждения существования предполагаемых частиц. А в мае того же года неуловимые бозоны были зарегистрированы.
Через полтора года, в октябре 1984-го, Карло Руббиа и Симону ван дер Мееру «за определяющий вклад в проект, осуществление которого привело к открытию частиц, переносящих слабые взаимодействия», была присуждена Нобелевская премия. К сожалению, наша отечественная наука в этой фундаментальнейшей отрасли довольствуется положением скромного партнера. Мы столько лет гордились своей наукой, и вдруг в 1988 году в газете «Известия» академик Р. Сагдеев пишет: «…в познании микромира из десятка сравнительно недавно открытых так называемых фундаментальных элементарных частиц (примерно половины известного на сегодняшний день набора основных кирпичиков мироздания) мы не открыли ни одной. Что касается нескольких сот элементарных частиц, являющихся комбинациями главных, то тут мы вряд ли можем претендовать на вклад, больший чем один-два процента…» А ведь в начале штурма микромира мы если не опережали зарубежных коллег, то шли с ними, во всяком случае, наравне. «Где же мы потеряли темп, уступив ведущие позиции в целом ряде научных направлений, а в некоторых скатившись на роль аутсайдеров?» — задает вопрос Роальд Зиннурович и среди ответов едва ли не первым считает то, что «околонаучный организационный аппарат разрастается по тем же законам, что и бюрократическая прослойка в других сферах общества. И тут науку подстерегает величайшая опасность — бюрократия стремится стать самодовлеющей».
Может быть, кто-нибудь из читателей задумается: «Зачем понадобилось автору посредине рассказа о научных достижениях включать текст о каких-то недостатках?» Сделал я это вполне сознательно. Потому что вам, моим сегодняшним читателям, завтра идти в науку. А мы столько лет считали ее самой передовой и благополучной, что потеряли бдительность. Нет, и в науке, как и во всех иных сферах общества, существует не только благородная научная борьба, но и ведомственные барьеры, и групповые и личные интересы. И будущим ученым, будущим научным работникам нужно об этом знать!
Что же касается результата описанных исследований, то сегодня мы можем считать, что из четырех фундаментальных взаимодействий два — объединены! И следующим шагом могло бы явиться объединение теперь уже «электрослабого» и сильного ядерных взаимодействий, то есть построение единой теории ядерных сил. Но конечно, на пути к новому объединению возникают и новые трудности. И хотя принципиальных возражений против унификации всех сил природы и получения истинных «первоначал» нашего мира вроде бы нет, путь к Великому объединению не легок. Но — дорогу осилит идущий! И потому физики всего мира продолжают свою работу.