Книга Дао физики. Исследование параллелей между современной физикой и восточной философией - Фритьоф Капра

В рамках теории S-матрицы вопрос о том, являются ли резонансы частицами, не существует. Все частицы рассматриваются как промежуточные состояния в цепи взаимодействий, и тот факт, что продолжительность существования резонансов гораздо меньше, чем для других адронов, не создает принципиального различия. На самом деле «резонанс» — очень удачное название. Оно относится одновременно и к событиям в канале реакции, и к адрону, образующемуся в процессе этих событий, демонстрируя неразрывную связь между частицами и реакциями. Резонанс — частица, но не объект. Он гораздо лучше описывается как событие, процесс или явление.

Это описание адронов в понятиях физики частиц вызывает в памяти уже цитировавшееся выше высказывание Дайсэцу Судзуки о том, что буддисты воспринимают объект как событие. То, что открылось им благодаря мистическому интуитивному пониманию природы, было вновь открыто в рамках экспериментов и математических теорий современной науки.

Чтобы описать адроны как промежуточные состояния в цепи реакций, нужно понимать силы, при помощи которых происходит взаимодействие между ними. Они принадлежат к числу сил сильного взаимодействия, которые отклоняют, или «рассеивают», адроны, участвующие в столкновениях, уничтожая их или преобразуя в другие формы, а также связывают их в группы, создавая промежуточные связанные состояния. В теории матрицы рассеивания, как и в теории поля, силы взаимодействий ассоциируются с частицами, но понятие виртуальной частицы не используется. Отношения между силами и частицами основываются на особом свойстве S-матрицы, известном под названием «кроссинг». Рассмотрим его на примере следующей диаграммы, отражающей взаимодействие между протоном и π— (рис. 66).

Рис. 66. Реакция между протоном и античастицей

Если мы повернем этот график на 90°, придерживаясь принятого ранее условия, согласно которому стрелки, направленные вниз, означают античастицы, мы увидим, что диаграмма представляет взаимодействие антипротона () и протона (р), в результате которого образуется пара пионов, причем π+ являет собой античастицу π— из исходной реакции (рис. 67).

Рис. 67. Реакция протона и антипротона

Свойство «кроссинга», т. е. пересечения, характерное для S-матрицы, в данном случае заключается в том, что оба процесса могут быть изображены при помощи одного и того же элемента S-матрицы: два наших графика соответствуют различным аспектам, или «каналам», одной и той же реакции[233]. Для физиков, изучающих частицы, переходы от одного канала к другому в вычислениях обычны, и вместо того, чтобы переворачивать диаграмму, они читают ее снизу вверх или слева направо и говорят при этом о «прямом канале» или «кросс-канале». Таким образом, реакция в нашем примере будет прочитана как р + π— → р + π— — в прямом канале и как + р → π— + π+ в кросс-канале (рис. 68).

Рис. 68. Иллюстрация реакции

Связь между силами и частицами осуществляется через промежуточные состояния в обоих каналах. В нашем случае в прямом канале протон и π— могут образовывать промежуточный нейтрон, а кросс-канал — состоять из промежуточного нейтрального пиона (π0) (рис. 69–70).

Рис. 69. Прямой канал

Рис. 70. Кросс-канал

Этот пион — промежуточное состояние в кросс-канале — можно рассматривать как проявление силы, которая действует в прямом канале и связывает протон и π—, создавая нейтрон. Чтобы соотнести силы с частицами, нам необходимы оба канала: то, что в одном является силой, в другом будет проявляться в виде промежуточной частицы.

Хотя переключение с одного канала на другой не представляет больших трудностей математически, получить интуитивную картину того, что при этом происходит, крайне сложно, если вообще возможно. «Кроссинг» — типично релятивистское явление, вытекающее из математической модели четырехмерной теории относительности и с трудом поддающееся визуализации. С похожей ситуацией мы сталкиваемся и в теории поля, где силы взаимодействия рассматриваются в виде обменов виртуальных частиц. Диаграмма, на которой изображен промежуточный пион в кросс-канале, чем-то напоминает диаграммы Фейнмана, использующиеся для описания взаимодействий частиц[234]. Можно условно говорить о том, что протон и π— взаимодействуют путем обмена пионом π0. Такие выражения нередко встречаются в речи физиков, но они не вполне точны. Более адекватное толкование происходящего требует использования абстрактных понятий прямого и кросс-каналов, которые практически невозможно представить себе зрительно.