Секреты микромира. Сенсационные открытия физиков

Секреты микромира. Сенсационные открытия физиков

Открытие любой новой частицы всегда большое событие... Каких-нибудь 50 лет назад их было известно всего около десятка. Теперь в результате упорной работы физиков всего мира с помощью гигантских ускорителей и мощнейших вычислительных машин был открыт целый мир элементарных частиц, поражающий воображение. Разнообразие частиц не уступает разнообразию атомов.

Сейчас их число измеряется сотнями. Но почти все известные частицы неустойчивы: они распадаются в течение ничтожных долей секунды. Столь короткая "жизнь" осложняет их изучение. Долгое время весь этот мир выглядел как набор любопытных объектов, не имеющих между собой внутренней связи. И все же экспериментаторам удалось проникнуть во внутреннюю структуру этих простейших и усмотреть симметрии: закономерности их строения, благодаря этим открытиям была создана система элементарных частиц, подобная периодической таблице Менделеева.

Существование, к примеру, частиц "минус омега гиперона" было установлено на основании созданной теоретиками таблицы. Это открытие стало коронным достижением современной теории частиц. По ценности для науки оно может быть сравнимо с предсказаниями Д. И. Менделеевым новых химических элементов.

Кстати сказать, сейчас периодическая система Менделеева также основывается на внутренней симметрии движения электронов в атомах. Современная таблица элементарных частиц базируется на представлении о строении частиц из кварков — любопытных гипотетических частиц с дробным электрическим зарядом. Существование кварков получило разностороннее и веское экспериментальное подтверждение.

стандартная модель элементарных частиц

Элементарные частицы характеризуются особыми числами, которые носят звучные названия "гиперзаряд", "барионный заряд", "странность" и другие. Все известные частицы укладываются в эту систематику, и ее можно считать своего рода "азбукой" устройства природы на субмикроскопическом уровне.

Появление еще одной новой представительницы этого мира — значительное событие, в то же время оно может быть и ожидаемым событием.

Однако открытые частицы "пси-1" и "пси-11" оказались непредвиденными. Первыми заметили новую частицу физики Брукхэвенской национальной лаборатории. Группа экспериментаторов, бомбардируя потоком протонов неподвижную бериллиевую мишень, обнаружила среди продуктов реакции "незнакомку". Надо сказать, это открытие далеко не тривиальное и требовало от экспериментаторов самого высокого класса работы.

На другой день в Калифорнии на ускорителе Стэнфордского университета было подтверждено образование этой частицы в специально поставленном контрольном опыте. В этом случае частица получалась при встречном столкновении электрона с позитроном. Условие опыта на этот раз было более простым и более достоверным.

Вслед за этими сообщениями стало известно об эксперименте итальянских ученых. В лаборатории ядерных исследований во Фраскати, близ Рима, на установке "Адона" (также во встречных пучках позитронов и электронов) была зарегистрирована та же частица. Эксперимент был проведен на пределе возможностей их ускорителя. Эта частица в 3,1 раза тяжелее протона. Она получила название "пси-1". Вскоре была открыта другая, несколько более тяжелая частица, названная "пси-11". Но ни та, ни другая не могли играть роль искомого "тяжелого промежуточного бозона" — обе были недостаточно тяжелы для этой роли.

Это принесло некоторое разочарование, так как ослабли надежды на объединение электромагнитных нейтронных сил. Теоретики рассчитывали их объединить посредством гипотетического "тяжелого промежуточного бозона".

Тем не менее новые частицы оказались сенсационными. Это подлинные "долгожители". Время их жизни до распада в сотню раз превосходило время жизни, которое можно было ожидать согласно теории для частиц подобного рода. Они не только не предсказывались никакой теорией, но явно не укладывались в рамки известной сейчас систематики: они должны были бы распадаться много быстрее! Так что же это: какое-то новое взаимодействие, обеспечивающее прочность этих частиц, или новые структурные элементы, новые кварки?

Физики-теоретики, предвидя возможность появления "четвертого", уже придумали название для этого кварка — "очарованный", "чарм-кварк". (Чарм — по-английски "зачарованный", "заколдованный".) Название не без юмора, так же как термин "странный" — название одного из трех уже существующих кварков. Да и само слово "кварк" в переводе с немецкого "кислый творог", с английского — "бес", "ведьма".

Мы знаем три типа взаимодействий в мире элементарных частиц: сильные взаимодействия (взаимодействия тяжелых частиц), слабые взаимодействия (взаимодействия с участием нейтронов) и классические — электромагнитные. Быть может, это какое-то новое, четвертое взаимодействие? Эти вопросы и были в центре внимания физиков.

Если это свидетельство о новом, четвертом кварке, то должно быть не две, а, может быть, целый рой новых частиц! Экспериментаторы и теоретики, работающие в области элементарных частиц, переживали волнующий момент. Что даст изучение новых пришельцев микромира? Крупные исследования в этой области, как правило, проходят с предельным напряжением технических и человеческих ресурсов, но всегда приносят ценный вклад.

Такие исследования создают широкое поле для размышлений и даже для пересмотра некоторых теоретических концепций. Возможно, что одни из них отпадут вообще. На их месте появятся другие.

Ученых часто спрашивают: а каковы практические применения исследования элементарных частиц? В отличие от ядерной физики, уже получившей широкий и общеизвестный выход в современной технике, результаты исследований в области физики элементарных частиц применяются не столь часто, к примеру, в медицине.

Категория: 
Орфографическая ошибка в тексте:
Чтобы сообщить об ошибке, нажмите кнопку "Отправить сообщение об ошибке". Также вы можете добавить свой комментарий.