Экзотические частицы
Столкновения космических лучей с молекулами воздуха происходят на скоростях, недостижимых в 1930-е годы ни на одном ускорителе частиц. Но высокоэнергетические столкновения были лучшим источником сведений о новых семействах короткоживущих субатомных частиц.
Японский физик-теоретик Хидэки Юкава пытался понять, что скрепляет атомные ядра. Электромагнитные силы должны были расталкивать положительно заряженные протоны (поскольку одноименные заряды отталкиваются), если в природе существует сила, превосходящая электростатическое отталкивание и сохраняющая ядро из нуклонов (протонов и нейтронов) от разрушения. Впоследствии было установлено, что такая сила есть и обусловлена сильным ядерным взаимодействием. Но действуют эти силы на расстояниях меньше размера атома и не достигают даже радиуса первой орбитали.
В 1934 году Юкава предположил, что сильное взаимодействие переносится частицами средней массы, занимающей промежуточное положение между массами электрона и протона. Ученый назвал эти частицы мезонами.
В 1936 году в дожде космических лучей была открыта подходящая по массе частица, названная мю-мезон (μ-мезон). Но частица оказалась более тяжелым аналогом электрона с массой в 207 раз больше его массы. Она не была подвержена сильному взаимодействию, потому не подошла для теории Юкавы, и впоследствии ее переименовали в мюон, который занял место в семействе лептонов. В 1945 году в космических лучах был пойман первый настоящий мезон — пион, или пимезон. Он имел массу две трети массы протона и был подвержен сильному ядерному взаимодействию. Пион вел себя как «виртуальная» частица. Он существовал миллиардные доли секунды, а потом распадался. Чтобы закончить историю открытия пионов, каонов (К-мезон) и других более тяжелых мезонов, скажем, что тяжелее и меньше них лишь кварки и глюоны, участники и переносчики сильного взаимодействия.
