Новости
В Большом адронном коллайдере родилась новая частица. Ее имя – X(3872). Условия получения этой частицы почти повторили момент Большого взрыва, в ходе которого образовалась наша вселенная. О значении этого события обозревателю "Вестей FM" Сергею Артемову рассказали российские исследователи, которые участвовали в экспериментах.
Вся эта замечательная история научного открытия началась в 2003 году, когда незнакомая частица впервые была обнаружена на японском ускорителе с романтическим названием «Фабрика прелести». Российские ученые тоже тогда трудились в интернациональном коллективе, рассказал главный научный сотрудник лаборатории тяжелых кварков и лептонов Физического института им. Лебедева Академии наук, академик РАН Михаил Данилов. Частица оказалась интересной тем, что не вписывалась в привычную картину строения материи. Если посмотреть на любое вещество, оно состоит из атомов. А уже атомы, соединяясь, образуют молекулы. Курс химии из школы помнят все. Но это, по словам академика, – как бы «высокий уровень возникновения материи».
ДАНИЛОВ: А если мы копнем немножко глубже, то выяснится, что атомы состоят из электронов и ядер, ядра состоят из протонов и нейтронов и, наконец, протоны и нейтроны состоят из кварков. Так вот, долгое время то, как кварки образуют нейтроны и протоны (эти частицы называются «адронами»), выглядело как образование атомов, а не молекул. Каждый адрон состоял либо из 3 кварков, либо – из кварка и антикварка. А вот частица Х(3872) в такую картину кварковой материи не вписывается. Для нее, похоже, нужно уже делать «кварковые молекулы» – как из атомов мы делаем молекулы, так из кварков мы можем делать кварковое молекулярное состояние.
Но эта понятная, на первый взгляд, аналогия, которая удовлетворит несведущих, ставит перед учеными очередные загадки, отмечает Михаил Данилов.
ДАНИЛОВ: Кварк и антикварк – это «кварковые атомы», а вот кварк-антикварк и еще кварк-антикварк – это уже молекула. Так же, как из двух атомов водорода можно сделать одну молекулу водорода. Но как устроена эта «молекула» – очень большой вопрос. Она может быть устроена так, что кварки находятся очень близко, тогда это называется просто тетракварком. А может быть – очень рыхлой, состоящей из двух обособленных кварк-антикварковых пар. То, как это состояние устроено, нужно изучать в разных условиях, в том числе – в рождении, в кварк-глюонной плазме.
Есть молекулы, атомы, электроны, протоны и нейтроны. В эдакой «матрешке» структуры вещества “частицы Х” не продолжение ряда, не еще меньшее деление тех протонов и нейтронов: они – отдельно. Но они практически неуловимы, и потому пока говорить, что они есть частицы окружающей нас материи, все же некорректно, говорит доктор физико-математических наук, начальник сектора Лаборатории физики высоких энергий Объединенного института ядерных исследований Сергей Шматов.
ШМАТОВ: Вся наша материя, из которой мы состоим, состоит только из кварков двух типов. Всего кварков – шесть, но вообще, вся материя в основном, на 99,9%, состоит из кварков двух типов: u- и d-кварков. Все остальные элементарные частицы, в общем-то, не формируют окружающую нас материю. Они могут быть искусственно созданы нами – при столкновении, допустим, или в космических лучах они могут прилететь. Просто эти частицы могут нами быть получены либо наблюдаемы в каких-то там пассивных экспериментах.
То, что некие неизвестные элементарные частицы могут существовать, теоретики осторожно предсказывали еще 45 лет назад. И “героиня” сегодняшней истории на самом деле впервые заявила о себе давно, рассказывает Михаил Данилов.
ДАНИЛОВ: Вот эту частицу нашли в каком-то смысле случайно. Но ее свойства как раз в целом хорошо согласуются с теоретическими ожиданиями. Российские ученые здесь играют очень большую роль, например сотрудник ФИАНа и МИФИ Сергей Поликарпов обнаружил распад «прелестного» странного мезона на эту частицу – Х(3872) и фи-мезон. И вероятность этого распада говорит о том, что Х(3872), скорее, в основном в компактном состоянии, состоит из тетракварка, но какая-то часть молекулярного состояния, то есть – “рыхлого”, тоже возможна.
Но тогда ее отметили лишь. Эксперимент был на другую тему. А теперь о частице говорят во всем мире экспериментальной физики, ведь в установке Большого адронного коллайдера ЦЕРН (Европейского совета по ядерным исследованиям) их удалось получить сразу несколько десятков. Помогло создание в эксперименте состояния кварк-глюонной плазмы – высокотемпературных условий, которые очень похожи на момент так называемого Большого взрыва – точки зарождения нашей вселенной. Ученые словно вернулись более чем на 13,5 миллиардов лет назад. Частица – не просто обнаружена, но и подтверждена. Хотя, по словам Сергея Шматова, ее окончательную структуру еще предстоит установить.
ШМАТОВ: Так как она включает в себя всякие кварковые конфигурации, которые как-то взаимодействуют, то изучение этих частиц помогает понять – правильно ли мы понимаем природу вот этих взаимодействий, которая и связывает все наблюдаемые нами частицы, то, что формирует вселенную.
“Физический портрет” этой частицы еще ждет завершения. Наверное, у нее тоже нет вкуса, цвета и запаха – что мы помним, например, про воду из школьных учебников. Точно известны лишь 2 ее измерения: вес, который исчисляется в специальных единицах – 3872 МэВ, мегаэлектронвольт (иначе выговорить “стомиллиардные доли стомиллиардной доли микрограмма” было бы непросто), и “срок жизни” – миллионные доли секунды. Все это рассчитано в мощнейших компьютерах, говорит Сергей Шматов.
ШМАТОВ: Вообще, аналогичные частицы – они все рождаются и сразу же исчезают. То есть они распадаются на какие-то более стабильные частицы.
У встревоженных обывателей, быть может, уже закралась мысль: а что это там, в Большом адронном коллайдере, все-таки возникло? Не вылетит ли эта частица из подземной лаборатории в Швейцарии и не вывернет ли нашу Землю наизнанку в бублик черной дыры? Сергей Шматов полагает, что паниковать не нужно.
ШМАТОВ: Если учесть, что все эти частицы – крайне нестабильны и моментально распадаются, опасения – совсем беспочвенны. Еще один из аргументов – я все время его привожу – то, что мы создаём на ускорителях, все эти частицы рождаются и без нас. Есть потоки космических частиц, они падают на земную атмосферу, и там эти частицы рождаются и без нашего участия. Это происходит уже миллиарды лет – столько, сколько существует Земля, и до сих пор ничего не случилось.
И тогда сразу второй дилетантский вопрос ученому: а можно ли эту частицу как-то полезно приспособить в народном хозяйстве? И тут ответ – тоже, скорее, нет.
ШМАТОВ: Для изучения, исследования этих частиц строятся и создаются громадные экспериментальные установки с привлечением новых технологий. Эти технологии впоследствии, конечно же, применяются в различных аспектах, скажем так, народного хозяйства и знакомы обывателю. Классический пример: в ходе тех же экспериментов в ЦЕРН был создан протокол «www», который сейчас активно используется любым пользователем Интернета.
Новые знания, обретенные буквально вчера в ходе кажущихся фантастикой экспериментов, разумеется, в быту сегодня использовать нельзя, добавляет академик Данилов.
ДАНИЛОВ: Ну, как и в случае с большей частью фундаментальных знаний о природе, сразу нельзя сказать, где они будут использованы. На эту тему есть замечательная история: когда к Фарадею в лабораторию пришел лорд-казначей, тот ему показал магнитные, электрические явления. Лорд-казначей посмотрел и говорит: “Ну, это все замечательно, только зачем все это нужно?” На что Фарадей ответил: “Я не знаю, но я уверен, что лет через 50 вы будете облагать это налогом”.
Фарадей тогда показал гостю первый прибор для получения электричества. И это было революционным шагом для всего человечества, резюмирует Михаил Данилов.
ДАНИЛОВ: Фундаментальные знания позволяют скачком перейти к совершенно новым технологиям, которых не было раньше. Не к улучшению технологий, а созданию принципиально новых, о которых нельзя было и мечтать некоторое время тому назад. На вопрос о соотношении фундаментальной и прикладной наук очень хорошо ответил бывший президент Франции Николя Саркози. Он сделал такое сравнение: свечу можно сколько угодно улучшать и модернизировать, но все эти усилия никогда не приведут к появлению электрической лампочки. Для электрической лампочки нужны фундаментальные исследования, и поэтому государство их должно поддерживать.
“Наука не стоит на месте” – фраза стандартная. А в жизни это означает, что ученые разрабатывают новые теории. И касаются они в том числе других элементарных частиц, которые еще предстоит открыть и точно описать на том же Большом адронном коллайдере, в лабораториях которого вместе с коллегами из десятков стран работают и российские специалисты.
