Андрей Ваганов
Согласно Стандартной Кварковой Модели, именно так сегодня устроена материя на фундаментальном уровне.
Фото CERN
Сообщение, пришедшее только что из Европейского центра ядерных исследований в Женеве (CERN), кажется, возвращает нас к временам, когда физики были в почете.
Исследователи из СERN объявили, что им удалось обнаружить никогда прежде не виданную элементарную частицу, составленную из пяти фундаментальных частиц - четырех кварков и одного антикварка. Кварки были известны с 1963 года, из работ нобелевского лауреата Гелл-Манна. Протоны, которые относятся к семейству барионов, "тяжелых частиц", состоят из трех кварков. Почти 40 лет исследователи всего мира пытались найти барионы, которые имели бы другую структуру. Безуспешно. Стали уже подумывать, что все барионы состоят из трех кварков. И вот - открытие частицы, состоящей сразу из пяти кварков... Кстати, теоретически предсказали такую возможность в 1997 г. российские ученые Дмитрий Диаконов, Виктор Петров и Максим Поляков.
"Барионы, состоящие из пяти кварков (точнее, из четырех кварков и одного антикварка), равно как и мезоны, состоящие из четырех кварков (с тем же уточнением: два кварка и два антикварка), вполне согласуются со Стандартной Кварковой Моделью, - подчеркнул, комментируя сообщение из Женевы, в беседе с корреспондентом "НГ" Владислав Манько, доктор физико-математических наук, профессор, начальник лаборатории РНЦ "Курчатовский институт". - Поэтому экспериментальное обнаружение частиц-пентакварков может рассматриваться как еще одно подтверждение этой модели. Безусловно, сам факт их обнаружения представляет собой выдающийся результат фундаментального значения".
Здесь стоит пояснить, что в современной физике называют Стандартной Моделью. Дело в том, что вот уже около 40 лет наиболее общепринятой является так называемая кварковая модель строения ядерного вещества. Согласно этой модели адроны (общее название для протонов, нейтронов, более тяжелых барионов, а также для мезонов) - не такие уж элементарные частицы, как об этом думали раньше. Это частицы, имеющие физический размер. Таким образом, каждый адрон сам состоит из элементарных частиц - кварков. Взаимодействие между кварками переносят особые частицы - глюоны (от английского glue - клей, клеить). По существу, глюоны - это кванты взаимодействия, аналогичные фотонам в электромагнитном взаимодействии.
На ускорителе элементарных частиц в CERN были зарегистрированы случаи рождения приблизительно 40 частиц нового типа - пентакварков. Для этого понадобилось провести анализ миллионов протон-протонных столкновений в экспериментах 2000-2001 годов.
"Обнаружение так называемых пентакварков - это прекрасное свидетельство в пользу существования ранее теоретически предсказанного целого семейства таких частиц, состоящих из пяти кварков", - говорит Гюнтер Роланд из Массачусетского технологического института, который входил в группу ученых, идентифицировавших эту самую новую частицу. Физики теперь ожидают в будущем расширения нового семейства пятикварковых частиц. "Мы действительно находимся сейчас в начале новой эпохи, - подчеркивает Роланд. - Я полагаю, что все это приведет к появлению обширной программы, призванной выявить другие пентакварки и подробно описать их свойства".
"Обширные группировки кварков и антикварков, возможно, существовали в условиях ранней Вселенной, они могут встречаться и сегодня в каких-нибудь экзотических сверхплотных звездообразных объектах, - полагает теоретик Марек Карлинер из Университета Тель-Авива. - Подобно множеству обнаруженных за последнее время планет около других звезд, которые позволили астрономам убедиться в возможности существования самых разнообразных планетарных конфигураций, пентакварки дарят надежду физикам на возможность существования новых субатомных конфигураций".
Другими словами, получается, что на фундаментальном уровне материя устроена еще более замысловато, чем даже можно было предполагать до недавнего времени. Поразительно в этой связи то, что все эти "новые субатомные конфигурации", которые человеческому сознанию даже трудно вообразить, предсказаны теорией, созданной человеческим же сознанием.
"Если же спросить, можно ли назвать пентакварки "реликтовыми" частицами, то в строгом смысле этого слова ответ должен быть отрицательным, - подчеркивает Владислав Манько. - Обнаруженные частицы не пришли к нам из ранних этапов эволюции Вселенной (как это имеет место, например, для реликтового электромагнитного излучения), а были рождены сейчас в результате взаимодействия частиц высоких энергий и распались почти сразу после своего рождения. В то же время, поскольку в первые мгновения ранней Вселенной содержание таких частиц в ее веществе могло быть довольно высоким, в каком-то смысле можно сказать, что они пришли оттуда. Правда, в принципе это справедливо по отношению ко всем нестабильным частицам, которых было много в веществе ранней Вселенной".
Подобраться к этому состоянию ранней Вселенной, чтобы "пощупать" вещество, каким оно было 15-18 миллиардов лет назад, помогут, как надеется все международное сообщество физиков, новые ускорители элементарных частиц. На сегодняшний день самый мощный из подобного рода физических приборов на Земле находится в Брукхейвенской национальной лаборатории (США) - Коллайдер тяжелых релятивистских ионов (Relativistic Heavy Ion Collider, RHIC): суммарная энергия пары сталкивающихся нуклонов в системе их центра масс составляет 200 ГэВ (гигаэлектрон-вольт). Но вот строящийся сейчас полным ходом в CERN Большой адронный коллайдер (LHC), который планируется ввести в действие в 2005 году, рассчитан на энергию 6200 ГэВ! Очевидно, уж тогда-то и обнаружатся такие субатомные конфигурации, о которых физики до сих пор предпочитают не говорить вслух...
Это обстоятельство, впрочем, нисколько не снижает важности открытия первых ласточек из ранней Вселенной - пентакварков. "Что касается следствий этого открытия, то нет сомнения, что теперь становятся гораздо более обоснованными эксперименты по поиску новых частиц, представляющих собой многокварковые конфигурации, результаты которых внесут существенный вклад в дальнейшее развитие кварковой теории частиц и их взаимодействий", - заявил в беседе с корреспондентом "НГ" профессор Манько.
