Юрий Чирков - Охота за кварками

Сейчас кирпичиками микромира считаются кварки и лептоны. Говорят о кварк-лептонном уровне материи.

Но не слишком ли много набралось этих кирпичиков?

Кажется, что ситуация с элементарными частицами может повториться. Ведь подсчеты дают для числа всех возможных кварков и лептонов оглушительную цифру - 90! Много, очень много!

Физики начинают подозревать, что сами кварки и лептоны, по-видимому, также обладают внутренней структурой, состоят из более мелких (или крупных?) субчастиц.

Теоретикам тут все проще. Они уже успели напридумывать множество схем, в которых фигурируют те или иные пракварки. Одни авторы называют их "преонами", "сомонами", "хромонами" (хромопы обусловливают цвет кварков, они имеют красный, желтый, синий цвета, есть и бесцветный хромон). Другие теоретики толкуют о "ришонах", "гпперглюонах", "гликах" и других перлах теормудрости.

Теоретикам легче! А вот экспериментаторы должны уговаривать администраторов, упрашивать, обивать пороги, клянчить, молить, требовать, выбивать, настаивать, давить - все это, чтобы показать, что они ну просто жить не могут без новых, еще более сильных ускорителей, которые позволили бы им залезть "в душу" уже не к протонам или нейтронам, а к кваркам и лептонам!

Пракварки, пралептоны - уж не химера ли все это?

Прежде, говорят критики, надо было бы убедиться в существовании самих кварков! Что же, тут появились обнадеживающие результаты.

В 1970 году ученые, ведущие исследования на Стэнфордском линейном ускорителе (США), направили пучок электронов, разогнанных до высоких скоростей, на протоны и нейтроны. И поразительно! У стэнфордских физиков повторилась история Э. Резерфорда. Тот расстреливал атом, его ядро. Теперь же, обстреливая электронами протон и нейтрон, ученые тоже открыли в них какие-то объекты! (Электроны разгонялись в ускорителе до энергии 20 ГэВ, они уже могли прощупать размеры в 10^-16 сантиметра, то есть приблизительно тысячные доли от диаметра протона.)

Как и в опытах Э. Резерфорда, выяснилось: протон и нейтрон в большей части своего объема пусты! - электроны в основном проскакивали сквозь них, не меняя своей траектории. Однако изредка при соударении с протоном электроны натыкались на какую-то преграду.

Эти микрообъекты Р. Фейнман назвал "партонами".

(В отличие от загадочного слова "кварк" это название объяснить совсем просто: оно образовано от английского part - часть.)

Итак, появилось еще одно действующее лицо микромира - партоны. Не есть ли это все те же кварки, которые никак не могут обнаружить? Пока на этот вопрос определенно ответить трудно. Но, во всяком случае, кварковая модель вопреки предсказаниям скептиков получила бы еще одну мощную поддержку.

* * *

Говорить о будущих возможностях, которые могут дать ускорители, трудно. Обычно самое важное и значительное в новой области исследований - так учит вся история науки - это неожиданное, непредвиденное.

И пожалуй, наиболее важный аргумент в пользу форсирования исследований на ускорителях в том, что именно в физике высоких энергий, как ни в какой другой науке, НЕОЖИДАННОЕ НАИБОЛЕЕ ВЕРОЯТНО,

11

Инженеры торопят физиков

Я часто задумывался над тем, какая польва человеку от чрезмерной образованности, если он не может употребить ее для собственной пользы.

О. Генри

Аристотель, этот столп античной учености, в соответствии с духом и правлми своего времени считал кропотливую работу естествоиспытателя делом, достойным раба, а не свободного человека. В ту же эпоху рабовладельчества Архимед писал: "Низко все, что имеет практическое значение".

В нате время отношение к науке стало иным. Вот что, к примеру, писал Ф. Жолио-Кюри: "Ученые не вправе считать себя кучкой избранных, чуждых задачам практической жизни. Будучи членами великой семьи трудящихся, они должны быть озабочены тем, как используются их открытия".

Да, ныне фигура ученого, его упорный (вот бы удивился Аристотель!) труд окружены всеобщим вниманием и уважением. Более того, от исследователей (мнение Архимеда?!) ждут именно практических результатов.

И ученые, особенно физики, дают их.

Только один пример. На заре своего развития ядерная физика, установив, казалось бы, второстепенный с теоретической точки зрения факт, что при делении ядра урана испускается более двух нейтронов, породила всю современную ядерную энергетику, все АЭС, которые к 2000 году будут в нашей стране давать примерно треть всей добываемой энергии.

Достижения физиков, их методы, идеи все решительнее вторгаются в пашу повседневную жизнь. Причем часто самым неожиданным образом.

Ускоритель частиц - на вашем столе!

В одной из своих последних лекций итальянский физик Э. Ферми говорил об ускорителе протонов на энергию 10^4 ТэВ. Увы, говорил он это полушутя: кольцевой магнит такого ускорителя должен был бы опоясывать земной шар по экватору!

На таком грандиозном фоне мечты об ускорителе, разгоняющем частицы до больших энергий и разместившемся где-нибудь в подвале дома, покажутся неуместной шуткой. И все же такие малогабаритные ускорители вполне возможны. В это верят и ученики академика Г. Будкера, работающие в новосибирском академгородке, и исследователи из подмосковного города физиков Дубны (группа В. Саранцева). Хотят этого и физики Абхазии, работающие по проблеме "Коллективное ускорение ионов в электронных пучках".

Небольшая, забитая приборами комната - лаборатория физики плазмы и газового разряда Абхазского государственного университета. Возглавляет лабораторию кандидат физико-математических наук доцент Г. Джобава.

- Вот здесь и разместится наш ускоритель, - говорил он автору этой книги, указывая на стенд размером с обычный письменный стол. - Мы перенесли его из другого здания и сейчас монтируем. Он будет ускорять ионы до энергий в миллионы электрон-вольт.

"Как, - помню, удивился я, - ускоритель, уместившийся в маленькой комнатушке? Так сказать, "домашний" ускоритель?.."

В конце 50-х годов академик В. Векслер высказал оригинальную идею. Суть ее была в том, чтобы поле, ускоряющее частицы, создавалось не внешними источниками (здесь возможности уже практически исчерпаны), а возникало в результате взаимодействия группы ускоряемых частиц с другой группой зарядов (отсюда и термин "коллективное ускорение").

Ускоряющей группой может быть и струя электронов, и поток плазмы, и электромагнитная радиация. Это и есть, так сказать, "внутренние резервы" ускорения.

Скажем, в плотной плазме напряженность электрического поля может достигать 10^8 вольт на сантиметр.

И значит, для ускорения частиц потребуются уже не километровые "дистанции", а... метровые! И этот бурный "спринт" даст вполне ощутимые результаты.