Что же запрещает думать о протяженной частице, создавать какие бы то ни было «картины» частиц и приписывать им структуры?
Лезть в чужой монастырь со своим уставом опасно. А мы все глубже и глубже вторгаемся в необычный мир элементарных частиц с чуждым ему «уставом» классической физики. И классическая физика, как добросовестный, но «устаревший» старик Хоттабыч, нашептывает: если предмет проявляется только как целое, значит он абсолютно тверд.
Разговор о том, точечные частицы или нет, в рамках теории можно считать законченным. Все дальнейшее рассуждение на эту тему пресекает теория относительности. По ее правилам абсолютно твердое тело не может иметь ни структуры, ни размеров. Ведь если столкнутся два абсолютно жестких тела, то толчок должен передаваться мгновенно по всей толще каждого из них. Мгновенно — это значит быстрее скорости света. А ведь вся теория относительности на том и стоит, что не существует скорости, большей скорости света.
«Элементарная частица в квантовой механике, — говорит академик М. Марков, — это точечная частица в буквальном смысле слова». Вот и весь ответ. К сожалению, и современная теория ничего нам объяснить не может. Она вышла из недр квантовой механики и вслед за ней повторяет «сказку» о частице-точке.
Как известно, сколько ни повторяй: шербет, шербет — во рту сладко не станет. Все эти разговоры о структуре и о протяженности частиц не стоили выеденного яйца, если бы эти свойства нельзя было «прощупать» экспериментально.
Иногда возникает такая ситуация, когда мы не можем или не имеем права открыть какую-нибудь коробку или шкатулку. При этом мы твердо знаем, что в ней что-то есть. Чтобы догадаться о характере содержимого, мы начинаем коробку покачивать и трясти, прислушиваясь к доносящимся до нас звукам.
Чтобы выяснить, нет ли в большой отливке пустот или трещин, ее просвечивают рентгеном или гамма-лучами.
Проблема, стоящая перед исследователями элементарных частиц, куда сложнее. Частица — это не коробка со стенками, а сложная система с распределенным зарядом и токами. Исследовать структуру элементарной частицы — это значит исследовать распределение всех ее зарядов, а также измерить ее электромагнитный радиус.
А можно ли провести такую деликатную и чрезвычайно тонкую операцию?
Вспомним, как было открыто атомное ядро. До опытов Резерфорда все представляли себе атомы по модели Томсона: в виде некой положительно заряженной сферы с «плавающими» в ней электронами. Затем с помощью альфа-частицы в атоме нащупали тяжелое ядро.
Экспериментаторы наблюдали, как ведут себя альфа-частицы — эти естественные атомные снаряды, пролетая сквозь тонкие пленки веществ. Большинство их почти не изменяло направления своего движения. Но были и такие, что отклонились от первоначального направления на 90 и даже на 180 градусов. Однозначный вывод об их встрече с тяжелым крошечным телом был сделан незамедлительно.
Универсальным языком рассеяния можно было бы воспользоваться и в нашем случае. Хотя для этой цели такой грубый зонд, как альфа-частица, состоящая из двух протонов и двух нейтронов, не подходил. Не годился и отдельный быстрый нуклон: между ним и частицей-мишенью сразу же начиналось сильное ядерное взаимодействие, в результате которого появлялись новые нуклоны и мезоны. А в таких условиях разобраться не только в структуре частицы, а даже выяснить, исходная это частица или же вновь полученная, просто невозможно.
Пробовали «просветить» протоны частицами света — фотонами. Но и этот способ оказался для изучения деталей структуры элементарной частицы негодным. Чтобы приблизиться к протону на расстояние, меньшее 10–13 сантиметра, фотон должен был обладать очень большой энергией. А в этом случае столкновение с протоном опять заканчивалось возникновением резонансов и других частиц. Больше всего годилась для этой цели первая обнаруженная физиками элементарная частица, наш старый знакомый — электрон.
Электроны взаимодействуют с другими частицами только электромагнитным образом, так что сильное их взаимодействие с протонами мишени исключено. И, кроме того, опыт с электронами можно поставить так, чтобы регистрировать только те из частиц, которые передают протону минимально возможную энергию. Другими словами, исключить случаи рождения новых частиц.