Техника - молодёжи 1978-01, страница 43

источник источник

эитронов электронов

магнитометр

агрузочное /с-ройство

ниобиевый шзрик

На схеме . .оказана часть экспериментальной установки, на которой производились поиски дробнозаряженных частиц в Стэн-форде. Вся установка имела высоту около двух метров. Она охлаждалась жидк! м гелием до 4° К (градусов Кельвина). Hj рисунке изображены основные рабочие элементы: конденсаторные пластины, источники электронов и позитронов и магнетометр. С помощью специального загрузочного устройства ниобиевый шарик весом около 10-' грамма, заряд которого предстояло измерить, помещался между пластинами конденсатора. Регул цуя величину тока в сверхпроводящей обмотке, расположенной под нижней пластиной, можно было «подвесить» ш^рик в магнитном поле точно в центральном положении. Амплитуда колебаний шарика, возникающих под действием переменного электрического поля, peri трирова-лась с помощью магнетометра. Капсулы с радиоактивными изотопами натрием-22 и таллием-206 служили источниками позитронов и электронов. С их помощью ложно было изменять заряд, находящийся на нио-биевом шарике. В 1977 году на двух из трех шариков, прошедших термическую обработку на вольфрамовом основании, было зарегистрировано наличие дробного заряда равного Ч, заряда электрона.

Итак, можно ли утверждать, что кварки обнаружены? Большинство физиков считает такой вывод несколько преждевременным. Профессор Фэирбэнк считает, что в истории вольфрамового образца, который использовался в их эксперименте, возможно, было что-то такое, что придало ему необычное свойство.

Фэирбэнк руководит сейчас целой армией студентов, ведущих поиски кварков 24 часа в сутки. Сейчас они готовят новый эксперимент.

Как считают многие физики, сам факт того, что кварки пока не найдены, свидетельствует в пользу их существования. Все это _.5ъясняется довольно просто, если предположить что силы, действующие между кварками, не уменьшаются с расстоянием, как это происходит, например, с гравитационными или электрическими силами, а остаются постоянными или даже растут по ме

ре удаления кварков друг от друга. Для того чтобы выбить электрон из атома, требуется несколько электрон-вольт; для расщепления атомного ядра нужно уже несколько миллионов электрон-вольт, а для того чтобы отделить кварк от протона хотя бы на сантиметр, понадобилось бы приложить фантастическую энергию — примерно 10¹³ миллиардов электрон-вольт! Задолго до того, как такой энергетический уровень будет достигнут, начнут действовать другие процессы. Из энергии, вкладываемой для отделения кварка, материализуются кварк и антикварк (частицы и античастицы могут рождаться только парами). Новый кварк займет место кварка, удаляемого из протона, и восстановит эту частицу. В свою очередь, антикварк «прилипнет» к удаляемому кварку и образует мезон. Вместо изоляции отдельного кварка мы будем наблюдать лишь рождение мезона. Таким образом, получается, что мы никогда не сможем увидеть отдельный кварк, какую бы энергию ни использовали.

Если эта интерпретация ненаблюдаемости кварков верна, то возникает интересная возможность ограничить бесконечное дробление структуры материи. Действительно, атомы можно разложить на электроны и ядра, ядра, в свою очередь, — на протоны и нейтроны, а протоны и нейтроны — на кварки. Ну а дальше? Теория неразделимости кварков предполагает, что на этом все заканчивается. Трудно представить себе внутреннюю структуру частицы, которая даже не может быть образована...

Таким образом, выходит, что кварки все-таки существуют, хотя и не могут быть непосредственно обнаружены. Но как убедиться в этом?

Большинство ученых считает, что гипотезу о существовании кварков замечательным образом подтверждает недавно открытое семейство «очарованных» частиц. В результате оказалось: для описания новых мезонов трех ароматов кварков недостаточно. Пришлось ввести иовый, четвертый кварк, получивший название «очарованного» кварка и обозначаемого символом с от слова (charm — очарование).

В ноябре 1974 года две группы физиков-экспериментаторов одновременно объявили об открытии новой частицы. Одна группа из Брук-хейвенской национальной лаборатории назвала эту частицу /-мезоном, группа физиков из Стэнфорда дала название — ф-мезон. Впоследствии ее так и стали обозначать //ф-мезон. Как и у «странных» частиц, время жизни нового мезона оказалось значительно большим, чем у других адронов. Кроме того, он был более чем в три раза тяжелее протона,

а это никак не могло быть объяснено с помощью известных кварков. Тогда было выдвинуто предположение, что мезон состоит из кварка и антикварка нового, четвертого типа. Новый кварк должен был быть тяжелее своих Предшественников. Это позволяло объяснить необычно большое время жизни //^-мезоне' ведь чем тяжелее кварки, тем меньше относительное ьлияние действующих на них сил. Поэтому для аннигиляции «очарованного» кварка и антикварка, составляющего этот мезон, требуется иоЛьшее -рем . Вскоре был обнаружен еще один мезон, который можно было интепретиро-вать как озбужденное состояние //ф-мезона. Не если бы новый кварк действительно сущесьвоьал, то, как следует из кварковой модели, наряду с //фчмеооном должны были существовать и другие, например, мезон, составленный из «очарованного» кварка и обычного антикварка.

Целенаправленные поиски таких частиц, продолжавшиеся в течение последующих трех лет, увенчались полным успехом: были обнаружены все мезоны, предсказываемые кварковой моделью. Последним из этого семейства мезонов был обнаружен F-мезон, состоящий из «странного» и «очарованного» партнеров. Более того, массы обнаруженных частиц прекрасно согласовывались с представлением о существовании четвертого, «очарованного» кварка.

С открытием F-мезона новые находки отнюдь не прекратились. Совсем недавно группа физиков, работающая под руководством профессора Л. Ледермана (США), сообщила об открытии еще одного мезона, почти в десять раз тяжелее протона. Если это открытие подтвердится, то, по-видимому, придется добавить еще один кварк, наделенный новым ароматом — «красотой» (beauty). Более того, теоретики. убеждены в существовании еще одного кварка, тяжелее всех предыдущих. Для него даже придумали название ?-кварк (trutn — истинный).

Так сколько же существует кварков? Ответ на этот вопрос продолжает оставаться предметом споров и гипотез. Хотя мы еще многого не знаем о самих кварках, представление о них уже сегодня дает возможност_ соединить многие, казалось бы, не связанные между собой, теоретические положения в изящную картину :труктуры микромира. Ближаишая з-.да ja, в решении которой представление о кварках, возможно, сыграьт ключевую роль, — это описание динамики процессов, происходящих в микрол. 1-ре. А это, в свою очередь, должно привести к созданию единой теории, объясняющей поведение всех элементарных частиц.

4

41