На ускорителе, о котором мы только что рассказали, происходило следующее: столкновение разогнанных до огромных скоростей электронов и позитронов. Они аннигилировали, а в месте столкновения рождались новые частицы.

В 1974 году Рихтер с коллегами проводил, в общем, рутинную работу. Вот как пишет об этом Нобелевский комитет:

«Оборудование Рихтера представляет собой своего рода карусель (накопительное кольцо), где поток электронов и поток позитронов вращаются в противоположных направлениях с очень высокими скоростями, которые могут быть точно отрегулированы. В лобовых столкновениях вся энергия электрона и сталкивающегося позитрона может в принципе дать начало неподвижной очень тяжелой частице, которая, как ожидается, превратится в несколько других частиц путем распада в очень короткий промежуток времени. Не было предсказано, что нечто подобное может произойти иначе, чем при более низких энергиях, где существуют известные более легкие элементарные частицы. Поэтому исследовательская программа сосредоточилась на том, чтобы проследить в специально построенном магнитном детекторе очень интересную и значительную линию, начатую во Фраскати, Италия, и продолженную в Кембридже, США. Открытие новой частицы было неожиданным и драматичным, хотя ему предшествовали годы планирования и подготовки. Скорость при лобовых столкновениях может быть скорректирована до более чем тысячи различных значений».

То есть Рихтер с коллегами методично и планомерно сталкивали позитроны и электроны, а затем считали получившиеся после столкновения адроны. Потом немного повышали энергию — и снова, все сначала. Плавное повышение энергии приводило к плавному росту количества энергии, и вдруг…

Где-то около 10 ноября 1974 года команда Рихтера установила правильную скорость и обнаружила резкий, резонансный рост количества частиц. Более того, судя по всему, родившаяся частица жила в тысячу раз дольше, чем предсказано. Рихтер дал «своей» частице название ψ-мезон. Он потом говорил, что это «единственная греческая буква, еще не занятая в физике элементарных частиц», но надо помнить, что psi начинается с букв S и P, с которых начинается название коллайдера, на котором работал Рихтер. Буквально несколькими днями позже о независимом открытии этой же частицы сообщила группа Сэмюэла Тинга из Брукхейвенской лаборатории. Тинг предложил назвать ее J-мезоном (злые языки говорят, что буква J напоминает 丁 — китайский иероглиф, составляющий фамилию Тинга). Важно другое: менее чем через два года за открытие этой частицы и Рихтер, и Тинг получили Нобелевскую премию по физике. Это ОЧЕНЬ быстро по меркам Нобелевского комитета, особенно в последние десятилетия — мы знаем буквально несколько таких примеров. Так почему же J/ψ-мезон, в отличие от других «элементарных» частиц, удостоился Нобелевской премии (мы же помним возмущение Фейнмана, который предлагал запретить давать премии за открытие новой частицы)?

Дело в том, что это было не совсем открытие «еще одного мезона». И не зря сам Бертон Рихтер в своей Нобелевской лекции «От пси частиц к очарованию — эксперименты 1975 и 1976 годов» говорит, что сообщение об открытии J/ψ-мезона «взорвало сообщество физиков, занимающихся элементарными частицами». Более того, «ничего более странного и совершенно непредсказуемого не случалось в физике элементарных частиц за долгие годы».

Давайте вспомним еще одного нобелевского лауреата, о котором мне пришлось писать внеочередной текст в связи с его смертью.

Вундеркинд, гений Марри Гелл-Манн в 1964 году предложил вместе с Джорджем Цвейгом знаменитую кварковую теорию строения элементарных частиц. Оказалось, протоны и нейтроны (как и прочие каоны-гипероны-мезоны и другие тяжелые частицы) состоят из кварков. Термин «кварк» предложил Гелл-Манн, Цвейг предложил термин «тузы» (подробно про этимологию слова мы писали в статье о Гелл-Манне), но поскольку физики сочли, что кварков всего три, — кварки остались, а «тузы», коих известно четыре, сошли со сцены.

В конце 1960-х годов исследователи получили реальные подтверждения существования внутренней структуры протонов и нейтронов (на том же ускорителе SPEAR), но к началу 1970-х стали подозревать, что к истине был ближе все-таки Цвейг и что как минимум четвертый кварк должен существовать в природе. Помимо «верхнего», «нижнего» и «странного» кварка (u, d, s-кварки), должен существовать и «очарованный» кварк (с-кварк). И вот по всему выходило, что J/ψ-мезон состоит из очарованного кварка и очарованного антикварка (сейчас это называется состояние чармония). Так был открыт четвертый кварк, а Рихтер и Тинг получили заслуженную награду. Ну а физика получила четвертый кварк [сейчас мы знаем, что кварков всего шесть, еще существуют прелестный (b) и истинный (t) кварки]. Но это уже совсем другая история.