Александр Спирин
Графика freepik.com
Тем, кому посчастливилось посетить парижский Лувр, не забыть статуи греческой богини победы Ники – без головы, но с крылами. Под ее имя и подгадали аббревиатуру – NICA: Нуклотрон-ионный коллайдер. В 2022 году этот ускоритель элементарных частиц должен начать работу в Дубне.
Коллайдер своим названием подразумевает «коллизию» – сталкивание разогнанных пучков нуклонов, то есть частиц ядра и, в частности, протонов (р+), а также тяжелых ионов, например положительно заряженных ионов золота (Au). Академик Григорий Трубников «обещает», что протонные пучки будут разгоняться до фантастической энергии 12,6 ГэВ, что чуть ли не в два раза больше, чем в БАКе (Большом адронном коллайдере в Европейском центре ядерных исследований в Женеве). Трубников отмечает также, что NICA позволит получать кварк-глюонную плазму. Это состояние вещества существовало непосредственно сразу после Большого взрыва. Только после ее остывания примерно с 12 млн градусов кварки начали «склеиваться» с помощью глюонов (от англ. glue – клей) в протоны и нейтроны, образуя атомные ядра.
Словари определяют взаимодействие кварков и глюонов как квантовые, а вернее, квантово-хромодинамические. Известен также бета-распад, при котором из ядра «вылетает» электрон, а в нем нейтрон превращается в протон. Ричард Фейнман, лауреат Нобелевской премии по физике 1985 года, представил распад в виде наглядной диаграммы, показывающей и испускание нейтрино.
Квантовая хромодинамика идет рука об руку с квантовой электродинамикой, которая описывает взаимодействие электромагнитного поля с заряженными частицами – электроном, позитроном и мюоном. Последний в 207 раз тяжелее электрона, но все равно относится к легким частицам – лептонам. Мюон рождается в ходе реакций на краткий миг, исчисляемый миллионными долями секунды, но тем не менее «успевает» обзавестись аномальным магнитным моментом или окружающим его магнитным полем.
Кварки и глюоны, распады и образующиеся в них частицы, включая нейтрино, описываются весьма практичной Стандартной моделью (СМ), которая подвергается постоянной критике, но пока довольно устойчива.
В свое время венгр Лоранд Этвёш установил равенство гравитационной и инерционной масс. На этот факт опирался в своих расчетах Альберт Эйнштейн при создании общей теории относительности (ОТО), в которой предсказывалось существование гравитационных волн. Исходя из предсказаний квантовой хромодинамики, ученые Будапештского университета им. Этвёша, а также Марсельского и Вуппертальского университетов в 2020–2021 годах сформировали коллаборацию по определению величины мюонного магнитного поля, которая согласовывалась бы со Стандартной моделью.
Надо сказать, что сегодня много говорят о квантовых не только компьютерах и коллаборациях. Проблема, однако, в том, что квантовые процессы «сохраняются» лишь при сверхнизких температурах, что мешает развитию квантовой техники. Выход найден в «параллельном» использовании света, распространение которого не зависит от охлаждения или нагревания. С использованием этого принципа в квантово-оптических сенсорах университет германского г. Ульм создал первый квантовый микрофон, позволяющий различать смысл слов, произносимых одновременно полусотней говорящих.
Но вернемся к мюону и эксперименту лаборатории Ферми в чикагском Брукхейвене. Журнал Nature предпослал рассказу о новой попытке максимально точно определить величину магнитного момента мюона драматический заголовок: «Поколеблена ли Стандартная модель? Физики много говорят о полученных результатах». В Фермилаб для получения большего количества мюонов построили специальный кольцевой накопитель, но тем не менее прорыва не случилось.
Редакция журнала отмечает, что ученые «чешут в затылке» (scratch their heads), но тем не менее СМ пока устояла. Вполне может статься, что решению фундаментальной проблемы помогут эксперименты на новом коллайдерном комплексе NICA…
