19 июля 2004
777

Материя устроена совсем не так, как мы думали

Из десяти наиболее выдающихся достижений физики за прошлый год российские ученые имеют отношение лишь к одному. Это грустно. Но в этом единственном достижении российская составляющая общего успеха мировой науки, где открытия совершаются сообща, очень высока. Физики-теоретики из Санкт-Петербургского института ядерной физики предсказали существование экзотических частиц из пяти кварков и описали их свойства. А физики-экспериментаторы из Института теоретической и экспериментальной физики в Москве сумели найти такие частицы, причем качество этой находки лучше, чем у физиков Японии и США. С момента открытия поиск частиц с экзотическими свойствами захлестнул ведущие лаборатории мира. Сумеют ли российские ученые удержаться в авангарде вдохновленной ими гонки или она продолжится без лидера?

Между Большой Черемушкинской улицей и Севастопольским проспектом находится огороженная и строго охраняемая территория. Сквозь забор можно увидеть дворец, английский парк, старинные постройки, но чудесный пруд уже не увидишь. Эта богатая усадьба принадлежала поочередно Прозоровским, Меншиковым, Голицыным, Якунчиковым, здесь давали концерты Скрябин и Рубинштейн. В 1946 году, когда развернулись работы по "атомному проекту", усадьбу передали Институту теоретической и экспериментальной физики (ИТЭФ). Сейчас здесь работают 11 членов Российской академии наук, таких институтов немного. На последних выборах из ИТЭФа в РАН прошли 4 человека - это маленький рекорд. И именно в ИТЭФе получен самый выдающийся результат в отечественном естествознании в 2003 году.

Когда-то Ленин изрек, что электрон столь же неисчерпаем, как атом. У физиков во все времена это изречение вызывало насмешки, которые, впрочем, очень долго приходилось сдерживать. Ленин о строении материи не знал ничего: электрон - неделимая частица мироздания. Но вот в 1964 году нобелевский лауреат американец Мюррей Гелл-Манн предположил, что все адроны (так советский физик академик Лев Окунь, заведующий теоротделом ИТЭФа, назвал класс частиц, которые способны к ядерным взаимодействиям) состоят из кварков. Гелл-Манн нашел это слово в романе Джойса "Поминки по Финнегану", где во время похищения Тристаном Изольды чайки непрерывно кричат: "Три кварка для мистера Марка!" В этом романе изобретен особый язык сновидений с примесью всех наречий мира.


Выяснилось, что адроны (их открыто уже несколько сотен, наиболее известны протоны и нейтроны) состоят либо из трех кварков, либо из пары кварк-антикварк. Как в нашей человечьей жизни - либо мужские коллективы из трех человек, либо семьи из мужчин и женщин. (Пикантный образ принадлежит ученому секретарю ИТЭФа Валерию Васильеву.) При этом заряд кварка равен либо плюс двум третям, либо минус одной трети заряда электрона. Дробный заряд, когда известно, что заряд электрона неделим, - это чудовищно. Вроде половины собаки или двух третей кобылы. Мерещится даже гоголевский Нос, ухаживающий за девушками на Невском проспекте. При этом электрон вечен и никогда не распадается.

Удивительно, что самих кварков никто ни в одном эксперименте не наблюдал. Этот основополагающий кирпичик мироздания вытащить, отделить от собратьев невозможно. Впервые в истории науки ученые столкнулись с парадоксальной ситуацией: целое нельзя разложить на части, хотя составляющие определены. Как заметил заместитель директора ИТЭФа член-корреспондент РАН Михаил Данилов, отныне выражение "состоит из" вовсе не означает "можно разделить на".
Хотя кварки по отдельности не гуляют, выявлено несколько их видов. Физики-ядерщики - люди романтичные, что выдают данные кваркам имена. Наиболее распространены кварки u (up) и d (down). Есть еще четыре разновидности, которые встречаются только в космических лучах или в сложных экспериментах - s (strange - странный), c (charm - очарованный), b (beauty - прекрасный), t (top - высший).

Несколько лет назад теоретик из Санкт-Петербургского института ядерной физики Дмитрий Дьяконов высказал гипотезу о возможности существования адронов не из двух, не из трех, а из пяти кварков с необычайно большим - по ядерным масштабам - временем жизни. Это частица, названная тета-плюс-барион, должна состоять из двух up-кварков, двух down-кварков и одного "антистранного" кварка. Но в чем отличие между теоретиком и экспериментатором? Теоретику не верит никто, кроме него самого. (Паули не верил в существование предсказанного им нейтрино.) Результату экспериментатора доверяют все, кроме самого экспериментатора; примеров - море, начиная с Герца и Бора. Так и на публикацию Дьяконова, несмотря на все его международные премии, внимания не обратили.

В 2000 году на конференции в Австралии Дьяконов за академическим бизнес-ланчем заинтриговал своей теорией известного японского физика Такаси Накано из Центра ядерной физики в Осаке. Японцы решили искать следы пентакварка в уже поставленных экспериментах. Одновременно один из сотрудников ИТЭФа, приехав из-за границы, рассказал о гипотезе Дьяконова (кривые пути научной информации - яркое свидетельство бедственного состояния российской науки). В ИТЭФе решили искать пентакварк в результатах экспериментов 1986 года - этим занялся доктор физико-математических наук Анатолий Долголенко с сотрудниками своей лаборатории. Японцы ставили эксперименты на новейшем оборудовании, искали новую частицу с помощью компьютеров. У нас была пузырьковая камера, лучшая в мире в 1980-е годы, но давно уже уступившая место электронным приборам. Пузырьковые камеры изобрели еще в 1952 году, а сейчас повсюду в мире их отправили в музеи. Результаты мы обрабатывали по существу вручную. За 3 года в ИТЭФе было просмотрено 1,5 миллиона фотографий. Это был труд подвижников.

Профессор Нагано, в команду которого входили ученые из нескольких западных стран, опередил нашу группу с публикацией на 2 месяца. Но пути были разные: японцы нашли пентакварк тета-плюс-барион при реакции, индуцированной гамма-квантами, российские ученые - при взаимодействии положительного К-мезона (это один из адронов) и нейтрона. А скоро Долголенко нашел следы пентакварков и во взаимодействиях нейтрино и ядер. Что важно, точность определения массы и ширины пентакварка, выявленная нашими учеными, гораздо выше. Как рассказывает профессор Долголенко, если японцы ищут следы частиц на компьютере, то у нас, как в годы "атомного проекта", через микроскоп в фото вглядываются три лаборантки. Нине, Люсе и Наташе по 60 лет, но их называют "девочками", как 40 лет назад, когда они пришли в ИТЭФ. Лаборантки Нина, Люся и Наташа накопили такой опыт, что знают ядерную физику лучше, чем многие студенты.

Пентакварк живет недолго - 10(-21) сек. Но все в мире относительно. И неизвестно, что в своем масштабе стабильнее - "Мерседес", который распадается через 500 тыс. км пробега, или элементарная частица, которая в пузырьковой камере оставила сантиметровый след.

Частица тета-плюс-барион обладает очень любопытными свойствами. Но ясно, что на Земле ее практически нет, изредка можно встретить в космических лучах. Такие пентакварки жили только в первые мгновения после Большого взрыва. Но пентакварк очень нужен физикам. Это открытие проясняет, какие силы связывают воедино кварки, как устроена материя, что спасает от распада респектабельные протон и нейтрон, из которых состоит весь видимый мир.

После работ Нагано и Долголенко мир буквально захлестнули аналогичные исследования. Опубликовано уже около 200 работ. Кто-то видит пентакварки, кто-то не замечает. Член-корреспондент РАН Михаил Данилов после обработки своих экспериментов в лабораториях Германии пентакварк не обнаружил и потому считает, что либо свойства пентакварка еще более необычны, либо интерпретация экспериментов неправильная. Такое в науке случается. Значит, нужны новые опыты. Лучше, если они будут специально направлены на поиск экзотических пентакварков. В США, в Германии и Японии принято решение о таких экспериментах. Ученые ИТЭФа тоже составили свои предложения - окончательного решения пока нет. Все упирается в деньги. Это так старо и даже пошло, что в разговоре о пентакварках повторять не хочется. Стоимость эксперимента - 1 млн долл. на 3 года. Для западной науки - крохи. Но у российской науки таких средств нет: годовой бюджет ИТЭФа - около 5 млн долл. И это одно из немногих мест, где ведутся работы, позволяющие России сохранить статус мировой научной державы...

- За кварки в нашей стране не платят, - говорит директор ИТЭФа Александр Суворов. - За антикварки тоже не платят. Сегодня в институте мечтают о зарплате за апрель.

19.07.2004
inauka.ru
Рейтинг всех персональных страниц

Избранные публикации

Как стать нашим автором?
Прислать нам свою биографию или статью

Присылайте нам любой материал и, если он не содержит сведений запрещенных к публикации
в СМИ законом и соответствует политике нашего портала, он будет опубликован