В 1966 году, отвечая на вопросы институтской газеты 'За коммунизм', академик Н. Н. Боголюбов сказал: 'Я как был математиком, так им и остался. Я давно интересовался вопросами физики и, когда я сейчас решаю вопросы физики, я всегда подхожу к ним с математической точки зрения'.
В середине 60-х годов в физике элементарных частиц было три главных, очень разных математических подхода. Исторически первым была квантовая теория поля, хорошо разработанная, но далекой от эксперимента. Вторым был метод S-матрицы, с самого начала ориентированный исключительно на наблюдаемые величины.
Н. Н. Боголюбов внёс вклад в оба этих подхода ещё в 50-х. Например, 'Введение в теорию квантованных полей', написанное совместно с Д. В. Ширковым и ставшее своего рода Библией для физиков-теоретиков, а также строгое доказательство дисперсионных соотношений, на которых покоится теория S-матрицы.
Третий подход, только-только входивший в моду, опирался на теорию групп. Эта математическая дисциплина была разработана юным гением Галуа в начале XIX века при поиске критерия разрешимости алгебраических уравнений в радикалах. Считалось, что она никогда не найдёт применения в физике, пока в начале 60-х XX века Мюррей Гелл-Манн не привлёк её к систематизации элементарных частиц, множество которых так разрослось, что их уже и неудобно стало называть элементарными.
Положение кварковой модели было зыбким и двусмысленным. Физики жили ожиданием новой научной революции, жаждали её, совсем как сейчас жаждут 'новой физики'. В рамках теории S-матрицы родилась и казалась очень привлекательной концепция 'ядерной демократии' Дж. Чью, согласно которой частицы не состоят из других частиц, более фундаментальных, а порождают друг друга и друг из друга состоят, как это ни парадоксально звучит. Но она так и не получила математического воплощения: как говорили с самого начала её критики, трудно было представить себе то длиннейшее уравнение, в которое её можно воплотить.
В близком направлении работал Вернер Гейзенберг. Нильс Бор успел отозваться о его теории: она недостаточно безумна, чтобы оказаться верной. Эту фразу с восторгом подхватили популяризаторы. Интересно, что бы сказал Бор, знай он, что восторжествует теория, вообще лишённая каких-либо безумств. Речь, конечно, о кварках.
Кварки бледнели на этом великолепном фоне, казались ремесленными поделками и в качестве объяснения природы вещей ни в какое сравнение с 'ядерной демократией' не шли, казались 'дурной бесконечностью' Энгельса. В обзоре 1977 года Гейзенберг назвал теорию кварков неудачной и временной. Но, как говорится, нет ничего более постоянного, чем временное. Революция не состоялась, и физика последовала эволюционным путём, в 'дурную бесконечность', хотя эта бесконечность оказалась не так уж и дурна и со временем даже стала казаться привлекательной.
Кварковая модель не только собрала воедино все тяжёлые частицы, но и показала свою предсказательную силу. После того как в начале 1964 года был экспериментально обнаружен предсказанный омега-минус гиперон, кварки начали принимать всерьёз, а теоретико-групповой подход в физике частиц вошёл в моду. Но что это, чистая математика, удобный способ систематизации частиц, или за кварками стоит физическая реальность? Такой вопрос задали Гелл-Манну на конференции по физике высоких энергий, которая в 1964 году проходила в Дубне. Крёстный отец кварков задумчиво ответил: 'Who knows?'.
'А вы знаете, Альберт Никифорович, я, пожалуй, склонен думать, что кварки действительно существуют', - так, по воспоминаниям академика А. Н. Тавхелидзе, сказал Н. Н. Боголюбов осенью 1964 года. И дал своему аспиранту Б. В. Струминскому задачу посчитать магнитные моменты барионов в кварковой модели тяжёлых частиц. Для академика это была чисто техническая задача, для аспиранта - творческая.
В самом начале 1965 года препринт с таким названием, объёмом всего в четыре страницы, одна из которых чистая, вышел в издательском отделе ОИЯИ. Самым важным в нём оказалось мимоходом введённое новое квантовое число, (впоследствии названное цветом), позволившее по-новому взглянуть на природу ядерных сил.
Считается, что идею нового квантового числа Б. В. Струминскому подсказал Н. Н. Боголюбов. Об этом упоминал и сам Струминский. И это было совершенно в духе Боголюбова. И совершенно в духе назидательного афоризма академика П. Л. Капицы: 'Главным свойством учителя должна быть щедрость'. Если в статье выносилась ему благодарность, это, как правило, означало, что задача поставлена Николаем Николаевичем и им же (в большинстве случаев) был намечен путь решения. По воспоминаниям современников, когда Н. Н. Боголюбов пришёл в теорфизику, у него было столько идей, что он 'раздавал их направо и налево'. С рождением московской, а потом и дубненской школы теоретиков этот благодатный дождь обратился на его учеников. Один из аспирантов, А. В. Свидзинский, сравнивал Николая Николаевича с вулканом, извергающим идеи, и сожалел, и радовался одновременно, что после аспирантуры вернулся в Киев - ибо опасно всё время жить рядом с вулканом, можно утратить индивидуальность.
Вслед за препринтом Б. В. Струминского в печать была отправлена совместная статья Н. Н. Боголюбова, Б. В. Струминского и А. Н. Тавхелидзе о динамической природе кварков, а осенью появилась работа Й. Намбу и М. Хана, в которой авторы ввели векторные поля взаимодействия кварков и вышли на истинный квант сильного взаимодействия - глюон. Две проблемы: классификация частиц, которые по инерции ещё называли элементарными, и природа ядерных сил - сошлись в кварковой модели адронов.
Первое подтверждение реальности кварков относится к 1969 году, когда в ходе экспериментов на электронном ускорителе Стэнфордского университета были обнаружены точечные рассеивающие центры в нуклонах. К этому времени кварковая модель вплотную подошла к рубежу, за которым начиналась другая математика.
Теория групп слишком схематична, чтобы претендовать на всеобъемлющее описание динамики элементарных частиц. В ход пошла тяжёлая артиллерия. Оказалось, что на складе готовой математической продукции уже полтора десятка лет лежат уравнения Янга-Миллса. Чж. Янг и Р. Миллс (в отличие от М. Гелл-Манна, это два совершенно разных человека) в 1954 году построили теорию неабелевых калибровочных полей. Первым её применением стало создание теории электрослабого взаимодействия. Второе привело к рождению квантовой хромодинамики (КХД).
Почему кварки не удаётся обнаружить в свободном состоянии? Н. Н. Боголюбов сравнивал их с бактериями, которые не могут жить вне организма, Д. И. Блохинцев - со звуком, который не может распространяться в пустоте. Проблему решили в 1973 году Д. Гросс и Ф. Вилчек и, независимо от них, Д. Политцер, открывшие парадоксальное свойство сильного взаимодействия не убывать с расстоянием. В том же году М. Гелл-Манн и Х. Фритц, а также М. Лейтвиллер, этот коллективный Ньютон КХД, свели разрозненные блестящие идеи в единую стройную систему.
Уравнения КХД оказались так сложны, что теоретики до сих пор затрудняются их решать, кроме тех случаев, когда ответ заранее известен. Так Робинзон вырубил лодку, которую не смог спустить на воду. В ход пошли модели, в их числе - развитая в Дубне модель кваркового мешка. Один из результатов вошёл в литературу как 'правило кваркового счёта Матвеева-Мурадяна-Тавхелидзе' и был внесён в Государственный реестр открытий СССР, что для теоретических результатов большая редкость.
Квантовая хромодинамика создавалась в течение 10 лет, и многие физики, сделавшие на одном из этапов её становления свой вклад, удостоились Нобелевской премии. Дубненский вклад Нобелевским комитетом отмечен не был. Но что это меняет? Факт остаётся фактом: полвека назад в Дубне был сделан первый шаг к квантовой хромодинамике, одному из столпов Стандартной модели, завершившей на нынешнем этапе физическую картину мира.