Техника - молодёжи 1994-08, страница 44

СЕНСА

ПАСЬЯНС СОШЕЛСЯ. ИГРА ЗАВЕРШЕНА

Станислав ^^^^ Людмила ЗИГУНЕНКО ^Г^В ЩЕКОТОВА

Ц И И НАШИХ ДНЕЙ

9

В исследованиях на переднем крае науки - от астрофизики до молекулярной генетики - искомый объект по большей части абсолютно недоступен человеческим органам чувств. Скажем, химики, открывшие в капусте брокколи некое вещество, способное предохранять от раковых заболеваний, не пытались что-то рассмотреть под микроскопом: следы его были обнаружены методом хроматографии.

"Никто уже не занимается прямыми наблюдениями, - говорит физик Ник Сэмиос, директор нью-йоркской Brookhaven National Laboratory. - Мы выясняем, что же эта штука делает и какие следы она оставляет за собой". Возможно, что и не следы, а следы следов! Именно таким способом в Fermi National Accelerator Laboratory (в научном обиходе именуемой Фермилаб) и "отловили" топ-кварк...

С.З. - На первой сессии Программно-консультативного комитета Объединенного института ядерных исследований в Дубне с докладом о научной сенсации выступил профессор Джио-карис из Фермилаба. Открытия шестого,

и последнего, кварка, занявшего предсказанное место в так называемой Стандартной модели, ждали довольно долго! В научном городке близ Чикаго 440 физиков из 34 стран в течение 17 лете помощью ускорителя элементарных частиц - Теватрона, искали и в конце концов нашли этот самый топ-кварк, который образовался при столкновении протонного и антипротонного пучков. Хотя, наверное, следует вести отсчет с 1964-го - когда американец Мюррей Джелл-Мэнн и немец Георг Цвейг независимо друг от друга выдвинули гипотезу о том, что первокирпичиками Вселенной являются удивительные частицы со странным названием "квар

ки". Кстати, Джелл-Мэнн наткнулся на это несерьезное словечко в "Поминках по Финнегану" знаменитого Джеймса Джойса: "Три кварка для мистера Марка!"

- загадочная фраза, которая преследует во сне героя книги.

Л.Щ. - Если на то пошло, ученым Фермилаба удалось подвести черту под 2-тысячелетним поиском фундаментальных, неделимых сущностей, из которых сотворено абсолютно все - от амебы до звезды. Т-кварк, в просторечии "топ" - последний из этих, как ты сказал, первокирпичиков, потому-то его запечат-ление и вызывает "всеобщее чувство глубокого удовлетворения"... Это слова Дэвида Шрамма, космолога из Чикагского университета.

С. 3. - Однако же шестой кварк никто не видел вживую - ведь время его существования составляет всего, как бы попроще, около сотни миллиардных долей трил-лионной части секунды. Л.Щ. - Разумеется... даже инструменты не углядят ни самого топа, ни его непосредственного следа. Но они могут запечатлеть следы вторичных, более легких частиц - "осколков" его распада или хотя бы следы продуктов распада последних. Если подумать, 17 лет - с 1974-го, когда в Фермилабе открыли Ь-кварк, - были отданы нудной, кропотливой работе... И никаких тебе "эврик"! Только за последний год физики изучили 1 триллион столкновений протона с его античастицей. Из них отобрали 7 миллионов "событий с интересными взаимодействиями", из последних - примерно 20 тысяч, где присутствовали W-бо-зоны... Это один из тех осколков, на которые может распадаться топ. И наконец, осталось 12 событий микромира, демонстрирующих 3 теоретически предсказанных способа распада t-кварка на вторичные частицы. С.З. - Ну вот, W-бозон, Ь-кварк! Давай все-таки плясать от печки. Л.Щ. - С удовольствием!

Семейство кварков - в нем всего 6 членов

- занимает особое место в Стандартной модели, описывающей "расклад" субатомных частиц материи и взаимодействия между ними. Кварки - подлинно элементарные частицы, не имеющие ни внутренней структуры, ни пространственной протяженности, но обладающие электрическим зарядом. Второе важное семейство - лептоны: их тоже шесть, они тоже подлинно элементарны, причем 3 члена семейства - электрон, мюон и тау - имеют электрический заряд, а 3 типа нейтрино, как понятно, электрически нейтральны.

Это и есть те 12 первокирпичиков, что

- каждый по-своему - участвуют в Большой Игре четырех основных физических сил - сильного, электромагнитного, слабого и гравитационного взаимодействий! В мире субатомных частиц только первые три типа взаимодействий дают заметный эффект - и кварки чувствительны ко всем трем. Силы передаются от кирпичика к кирпичику с помощью специфических частиц: для сильных взаимодействий - глюоны, для электромагнитных - фотоны, для слабых - W- и Z-бозоны.

Кварки являются строительным материалом для адронов - сложных "элементарных" частиц, родственников классических протона и нейтрона. А внутри последних - что подтверждено экспериментально - кварки проявляют себя как "твердые точки" внутри "мягкого" облачка. Речь идет о самом легком члене семейства - u-кварке (от англий

ского up - "вверх") и d-кварке (down -"вниз"): внутренняя структура протона -uud,' а нейтрона - udd. Именно верхний и нижний кварки - вездесущие кирпичики привычной для нас материи; остальная четверка, как полагают теоретики Стандартной модели, конструировала перво-материю новорожденной Вселенной.

Начав строить лептонно-кварковую модель мироздания, Джелл-Мэнн, дополнительно к и и d, ввел в нее s-кварк (strange - "странный"), являющийся утяжеленной версией d. Комбинируя в различных сочетаниях u, d и s, ему удалось по строгим правилам построить совокупность барионов (тяжелых адро нов). Однако для построения мезоно (адронов среднего веса) понадобилос ввести антикварки, обладающие противо положными своим двойникам "мину совыми" свойствами.

В 70-е, дабы совладать с множа' щимися "элементарными" частицами (что щедро рождались в ускорителях), теоретики вынуждены были укрепить модел еще парой кварков. Первый из них ■ тяжелый братец верхнего, очаровательный с-кварк (charm - "очарование") был обнаружен в 1974-м. А вот с Ь-кварком (beauty - "красота") вышел конфуз: в 1977-м действительно идентифицировали новый кварк... но не тот! Свойства частицы были несколько отличны от предсказанных для красотки Ь, так что пришлось перестроить теорию под факты, а незапланированный Ь-кварк перекрестили в bottom ("дно"). Тогда-то и выявилась необходимость ввести еще один - шестой и последний, названный top ("вершина"): он нужен из архи-

Последняя карта, завершающая расклад Стандартной модели, - топ-кварк, за которым гонялись 17 лет! Fermi National Accelerator Laboratory", 1989-й: "подпись" одного из кандидатов, зафиксированная на детекторе CDF.

тектурных соображений, объясняют теоретики, по аналогии с другими областями физики элементарных частиц. Таким образом, Стандартная модель обрела завершенность.

Правда, не обошлось без шокирующих моментов! Чтобы связать концы, кваркам присвоили дробные электрические заряды протона (+2/3 и -1/3), что само по себе ужасная физическая ересь. Но объяснительная и, главное, предсказательная мощь модели оказалась такова, что к этому быстро привыкли. Впрочем, Стандартная модель все же не предсказывает массы кварков, физики могут лишь констатировать эти величины... и тут - с точки зрения здравого смы-

Техника — молодежи 8' 94

ЕШ