Американците Дейвид Грос, Дейвид Полицър и Френк Уилчек получиха Нобеловата награда по физика за своите открития и изследвания в областта на силните взаимодействия и кварките. Те работят съответно в Калифорнийския университет, Калифорнийския и Масачузетския технологически институти и са направили важни открития в теорията на елементарните частици. Резултатите от изследванията им са публикувани през 1973 година и са довели до създаването на теорията за взаимодействието на кварките.

Двама от тримата - Франк Уилчек и Дейвид Грос

През 1963, десет години преди изследванията на новите Нобелови лауреати, в езика на физиците се появи странната дума “кварк”. Те не я измислиха, а я взеха от един роман на големия ирландски писател Джеймс Джойс, където героят сънува кошмар и бълнува: “Три кварка, три кварка за мистър Марк…” Джойс не обяснява какво е това “кварк” –  във всеки случай то е

нещо странно, необичайно, фантастично, може би дори чудовищно.

Именно затова физиците Гел-Ман и Цвайг си я харесаха. Защото тези частици са изключително чудновати, и в същото време толкова необходими, за да внесат някакъв ред в обърканата дотогава теория.

Отначало физиците познаваха само две частици – протона и електрона. После към тях се присъедини и неутронът. И тази триада е напълно достатъчна, за да изгради атомите на всички елементи: ядро от протони и неутрони, около което обикалят електрони. Добре, но физиците започнаха да откриват и нови неделими частици – различни видове хиперони, мюони, пи-мезони и така нататък. Оказа се, че частиците, окичени със званието “елементарни”, са повече от 200! Този богат асортимент на основни градивни елементи на материята е подозрителен.

Не може да не ни учуди разточителността

на природата, създала с лека ръка толкова различни и в известен смисъл даже ненужни модификации на частиците, които изграждат веществото. А може би елементарността на известните днес частици е мнима, може би те са изградени само от няколко наистина основни, неделими частици? Съгласно новата (тогава) хипотеза всички частици (с изключение на електрона, фотона и неутриното, които са от друга опера) се изградени само от три сорта тежки и неделими елементарни обекта – кварки. Те заедно със своите античастици се комбинират по определени правила и така изграждат частиците, които дотогава са били приемани за елементарни.

Започнаха опитите да се разбият смятаните дотогава за неделими протони, неутрони и така нататък, за да се получат “чисти” кварки. И тук

изследователите удариха на камък

в буквалния смисъл на думата. Колкото и да увеличаваха енергията в ускорителите, колкото и хитроумни начини да изобретяваха за бомбардиране на частиците, те си оставаха неделими. Защо? Този въпрос дълго време измъчваше учените, тъй като неделимостта на частиците заплашваше с рухване на красивата и елегантна кваркова теория.

И тогава се появиха работите на Грос, Полицър и Уилчек. Те установиха едно много важно свойство на силните взаимодействия, които обясняват защо опитите да се получи отделен кварк дори теоретично са обречени на неуспех.

Какво означава “силно взаимодействие”? Работата е там, че всички сили взаимодействия в природата могат да се сведат само до

четири основни сили

Първото взаимодействие е гравитационното. Благодарение на него планетите се въртят около Слънцето и ябълката пада от дървото. Втората сила е електромагнитната, тя управлява не само електрическите явления, но и всички химически процеси. Третото взаимодействие се нарича слабо, то действа само в атомите и на него се дължи един вид радиоактивност, известно като бета-лъчение. А в недрата на атомното ядро действа силното взаимодействие, за което по-нататък ще стане дума. Защото именно неговите особености са открили тримата нови Нобелови лауреати.

Всички други сили отслабват с увеличаване на обектите. Колкото е по-далече една планета, толкова по-слабо става нейното гравитационно привличане. Два наелектризирани предмета си взаимодействат толкова по-малко, колкото по са отдалечени. Същото е и при слабите взаимодействия.

Само при силните е точно обратното.

Колкото повече се отдалечават обектите, толкова по-могъща става силата, която ги придържа един към друг. Една доста груба аналогия ни дава пружината за разтегляне – колкото повече се мъчиш да раздалечиш двата й края, толкова по-трудно става. И затова кварките не могат да се отделят един от друг. Ето, това са установили Грос, Полицър и Уилчек.

Но това, че кварките не могат да”живеят” в свободно състояние, съвсем не означава, че те не съществуват. Кварковата теория днес е общоприета почти от всички физици по света, защото тя – и само тя – дава едно пълно обяснение на цялото разнообразие на микросвета.

Нобеловият комитет е предпазлив и дава наградите си само на открития, които са преминали през изпитанията на времето. И това, че работите на тримата физици са отличени 31 години след публикуването им, показва, че те са създали една наистина “работеща” теория с непреходно значение за развитието на модерната физика.