Теперь мы знаем, что лишь в определённых случаях законно спрашивать, из «чего» состоит данная частица. Этот вопрос можно задавать только тогда, когда для разделения частицы на части достаточно лишь малого количества энергии, малого по сравнению с массой покоя хотя бы одной из частиц, получаемых при разрушении первоначальной частицы. Во всех остальных случаях эти вопросы теряют смысл. В этих случаях принято говорить «распад порождает». Первый пример этого показал нейтрон, который распадаясь порождает протон и электрон под воздействием очень слабых сил, обусловленных слабыми взаимодействиями.

Изучение свойств нейтрона продолжается и в наши дни, спустя более полувека после его открытия. Это связано с уникальными свойствами нейтрона. Он может считаться элементарным, но участвует во всех известных взаимодействиях — сильных, электромагнитных, слабых и гравитационных. Он нейтрален, но имеет спин и магнитный момент. Он достаточно стабилен в свободном состоянии (живёт около 15 минут), и, наконец, чисто экономический фактор: затраты, требуемые для получения одного свободного нейтрона, меньше, чем для любых других частиц, за исключением электронов и протонов.

Но возвратимся к мезону и работе Юкавы. После того как, устранив «азотную катастрофу», Иваненко, Чэдвик и Гейзенберг изгнали электроны из ядер атомов и заменили их нейтронами, сразу возник вопрос: как же положительный заряд протонов не разрушает ядра? Ведь положительные заряды взаимно отталкиваются. Что же удерживает протоны и нейтроны внутри ядер?

И Юкава ответил на этот вопрос просто и гениально. Он сказал… Впрочем, представьте себе такую картину: вдоль дороги идут двое. Не останавливаясь, они всё время перебрасывают друг другу мяч. Из-за этого они не могут отойти друг от друга дальше некоторого определённого расстояния. Если издали смотреть на этих людей, то мяча не видно и можно подумать, что эти двое просто дружески беседуют, по-приятельски идут рядом и что их удерживают друг около друга некие силы притяжения.

— Подобные силы притяжения испытывают протоны и нейтроны в атомном ядре, — сказал Юкава. — Они могут без отдыха биллионы веков «играть в мяч», перебрасываясь мезонами, пока какой-нибудь снаряд вроде космической частицы не нарушит это приятное занятие, Тогда, выронив «мяч», протон и нейтрон вылетят из ядра. При этом можно обнаружить и мезоны.

Эту драматическую ситуацию учёным удалось подстроить и подстеречь в своих приборах. Они стали свидетелями представления, разыгравшегося за кулисами микромира, и смогли увидеть её актёров без масок.

Так они познакомились с мезоном.

Объективность беспощадна: мезоны Андерсона и Неддермайера, масса которых равна 207 электронным массам, оказались вовсе не мезонами Юкавы. Это были другие частицы. Было установлено, что они слабо взаимодействуют с протонами и нейтронами и поэтому не участвуют в образовании ядра, а по поведению скорее напоминают электроны. Но в отличие от электронов эти мезоны (теперь их называют мюонами) неустойчивы. Через миллионную долю секунды после своего рождения они распадаются на электрон и два нейтрино, уносящие с собой энергию, соответствующую примерно 200 массам электрона. Открытие мюона не повлекло изменения основных физических законов, подобных тем, что явились следствием открытия позитрона, вызвавшего на свет антивещество. Но теперь стало ясно, что частицы сгруппированы в два семейства: лёгкие (электрон и мюон), их назвали лептонами, и тяжёлые (протон и нейтрон), их назвали адронами. Вопрос о взаимоотношении этих семейств — лептонов и адронов — волновал физиков всё последующее время. Он всё ещё окончательно не решён.

Здесь уместно напомнить о том, что наука тесно связана не только с экономикой, но и с политикой, и иногда такая связь проявляется очень явственно.

Известно, что теория относительности подвергалась в гитлеровской Германии гонениям как неарийская и даже коммунистическая теория. Её автор был первым из живых учёных, занесённых в список врагов нацистского государства, и остался жив только потому, что приход нацистов к власти застало его за пределами Германии.

Вот что очень мягко пишет об этом Гейзенберг, один из немногих крупных физиков, не покинувших в эти годы Германию. «Здесь, в Германии, перед самой войной (с первых дней захвата власти Гитлером. — И. Р.) правительство не одобряло (преследовало. — И. Р.) теорию относительности, в особенности релятивистское замедление времени в движущихся телах, о котором было сказано, что это абсурдная, чисто теоретическая спекуляция. Дело дошло даже до судебных разбирательств по поводу допустимости преподавания теории относительности в университетах (оно было запрещено. — И. Р.). При одном из таких разбирательств я имел возможность высказаться о том, что время распада мюона должно зависеть от его скорости: мюоны, которые движутся почти со скоростью света, должны распадаться медленнее тех мюонов, которые движутся с меньшими скоростями — согласно предсказанию теории относительности. Экспериментальные результаты подтвердили такое предсказание: замедление времени могло наблюдаться на опыте непосредственно, и этот факт открыл двери для теории относительности в Германии. Поэтому я всегда чувствую признательность мюонам».

Увы, в конце этого отрывка Гейзенберг грешит против истины. Лишь крупные физики, причём тайно, применяли теорию относительности в своей работе. Такие реакционеры, как физик Ленард, стремились объяснить факт замедления времени, не обращаясь к теории относительности, старались свести замедление времени к чисто вычислительной математической процедуре. И в таком виде зависимость времени жизни мюонов от их скорости преподавалась немецким студентам.

А что же мезон Юкавы? Ошибка, заблуждение учёного? Или, как позитрон Дирака, он явился слишком рано, опередив возможности эксперимента? Да, мезон, найденный Юкавой на бумаге, был открыт в действительности лишь через 10 лет английским учёным Пауэлом, который применил новую экспериментальную методику.

Новым окном в природу был толстый слой фотографической эмульсии, внутри которой после проявления возникали следы пролетевших сквозь неё космических частиц и тех частиц, которые они выбивали из ядер атомов, входящих в фотоэмульсию. Частицы, открытые таким образом в 1947 году, имели массу, близкую к вычисленной Юкавой.

Оказалось, что этот мезон, его назвали пи-мезоном, существует в трёх разновидностях: два из них — заряженные (положительный и отрицательный), они в 273 раза тяжелее электрона, и третий — нейтральный, масса его составляет 264 электронных масс. Они действительно участвуют в образовании связей между ядерными частицами — протонами и нейтронами.

Теперь эти частицы называют пионами. Они ещё более неустойчивы, чем мюоны. Заряженные мюоны живут лишь одну стомиллионную долю секунды, распадаясь на электрон и нейтрино. Нейтральный пион живёт ещё в 100 миллионов раз меньше. Именно поэтому пион — ядерный мезон Юкавы — был открыт позже мюона, на некоторое время сбившего учёных на ошибочный путь. Как оказалось позднее, пион, вместе с протоном и нейтроном, принадлежит к семейству адронов. Он самый лёгкий представитель этого семейства.

Но, как говорят, лиха беда — начало. За первым мезоном, действительно как из рога изобилия, посыпались другие элементарные частицы. Стала популярной шутка академика Вавилова: «Каждый сезон приносит новый мезон». И это верно отражало положение дел.

Так учёные при помощи космических лучей нашли новый путь изучения строения атомного ядра.

Прежде чем идти дальше, нужно ещё раз возвратиться в 1932 год, когда Гейзенберг предположил, что протон и нейтрон выступают в ядре как два состояния одной частицы, различающиеся только значением квантового числа, которое он назвал изоспином.

Эксперименты с космическими частицами, в которых наблюдалось рождение пионов, показали, что изоспин представляет неведомый ранее закон симметрии, никогда не нарушаемый ядерными силами, открытыми Юкавой. Теперь такие взаимодействия называют ядерными взаимодействиями. Так оказалось, что ядерные взаимодействия не выявляют никакого различия между нейтроном и протоном. Рождение протона при распаде нейтрона, свободно летящего в пространстве, сопровождающееся рождением электрона и антинейтрино, происходит в результате слабых взаимодействий. Именно слабые взаимодействия приводят к отклонению от симметрии изоспина, давая толчок процессу, который ведёт к «самопроизвольному» распаду свободного нейтрона, к одновременному рождению трёх частиц: двух заряженных (положительной тяжёлой частицы — протона, отрицательной лёгкой частицы — электрона) и нейтрального антинейтрино.