Игорь Иванов - Удивительный мир внутри атомного ядра

И.И.:То есть вы считаете, что это все неправильно?

Голос из зала: Я это не считаю, это очевидный факт.

И.И.:Так. Ну давайте продолжим, а потом можно пообсуждать...

На самом деле, я просто хочу сказать следующее: что тема эта довольно опасная, потому что есть много людей, которые плохо разбираются в этой теме. На самом деле, серьезно. Просто, действительно, в науке есть несколько тонких моментов, вокруг которых идут споры. Тем не менее, есть экспериментальные данные — их очень много, — которые сейчас общепринято формулировать в таком виде: есть три компактных объекта (на всякий случай — в покоящемся протоне), которые примерно окружены таким... нечто такое окружает их, которое можно условно назвать «глюонное облако». Глюоны — это частицы, которые фактически приводят к притяжению этих кварков. И вот здесь происходит на самом деле очень интересная вещь — я, более того, даже смело скажу: вещь, с которой человечество раньше вообще никогда не встречалось. Эти глюонные силы очень необычны.

То, что происходит, выглядит примерно так. Опять же, с большими упрощениями, очень кратко, но выглядит это примерно так. Те силы, которые притягивают кварки, вдруг перестают быть просто силами — они материализуются. То есть, условно говоря, они выпадают в виде осадка, обволакивают эти кварки и находятся рядом с ними. Представляете? То есть не просто есть какие-то частицы, связанные силами, а вот эти поля, которые их связывают, вдруг начинают жить собственной жизнью. У них появляется материальная сущность.

Например, они весят — у них появляется масса. И они перестают быть просто «прислужниками» этих кварков, не просто притягивают их — они начинают притягивать сами себя, например. То есть разные части глюонного облака, которое здесь схематично нарисовано, тоже чувствуют друг друга и не позволяют этому облаку расшириться, они его сдерживают. Именно благодаря этому получается, что протон у нас (ведь это всё протон на самом деле) — достаточно компактный.

Благодаря этому получается, что кварк не может сильно далеко улететь. Вот вы представьте, что это не просто облако, и там кварки — это облако, которое порождается кварками. То есть сначала кварки начинают притягиваться, а потом эта сила, которая их сдерживает, выпадает в осадок, как бы конденсируется. И представьте себе, что, если сейчас взять и эти кварки пытаться раздвинуть, — на самом деле, такие эксперименты и проводятся — я прямо могу буквально сказать: берут и по какому-нибудь кварку щелчком так вот стукают. Это просто реальные эксперименты — в качестве щелчка, конечно, не палец используют, а какой-нибудь электрон: разгоняют электрон с большой энергией — бабах! — прям по кварку. Кварк пытается улететь, сколько у него силы есть, но он не может улететь из глюонного облака: он сам это облако порождает. В результате получается, что глюонное облако пытается растянуться, оно пухнет, пухнет, становится более тяжелым, и в результате распадается это все на частицы. Кварк просто так из этого не может выбраться — это одно из проявлений необычности глюонных сил.

На самом деле, дальше будет еще интересней. Благодаря этому получается так, что — помните принцип комбинирования, который прекрасно работал в атомных ядрах? он работал в атомах и молекулах — так вот, он вообще не работает в протоне. Как это выглядит? Давайте представим, например, по аналогии с атомным ядром. Пусть есть протон, который из кварков состоит. Давайте присобачим к нему еще несколько кварков — 9, 12, сколько-нибудь. Хотим получить какой-нибудь один большой и толстый мега-протон. Это экспериментально можно попытаться сделать — на самом деле, сложностей никаких нет. Эксперименты проводились, и что получается? Получается, эти дополнительные кварки не хотят лезть внутрь. Мы пытаемся их засунуть, а они не хотят лезть — они хотят обособиться. Вот это вот сложный переход, который физики до конца сейчас не понимают. В деталях это, конечно, как-то вычисляется, теоретически или численно, но такой общей понятной картинки, к сожалению, пока нет. Но результат такой получается, что объединить много кварков вместе не удается.

Казалось бы, ладно — нет, так нет, попытаемся изучать, что есть. Начинаем изучать частицы и вдруг видим, что на самом деле-то есть тяжелые аналоги протона. Вот есть протон, а есть другие частицы — несколько из них я здесь перечислил, которые экспериментально открыты, экспериментально изучены — они все очень похожи на протон. Их около десятка; может быть, почти два десятка сейчас открыто. И, что самое интересное, у них большая масса. То есть есть несколько частиц с разной массой — она все увеличивается, увеличивается...

Ученые заинтересовались — как так? Из чего тогда эти частицы состоят? Провели эксперименты и выяснили, что все они состоят из тех же трех кварков. И там есть три кварка, и там есть три кварка. Эти кварки все одинаковы. На самом деле, я не сказал — у кварков есть свои имена, несколько разных сортов, но все это зоология — это классификация кварков, которая многое про них не говорит. Вот что действительно интересно — это их жизнь: как они друг с другом связаны, взаимодействуют — то, что я рассказываю. Классификацию вы можете прочитать где-нибудь, это все не суть важно.

Так вот, что оказывается? Оказывается, в этих частицах кварков тоже три, но отличие заключается в том, что они сидят по-другому . Они расположены в какой-то хитрой форме относительно друг друга, и немножко по-другому двигаются. Если вдуматься, это тоже очень необычная вещь, потому что, ну смотрите, в обычной повседневной жизни, если вы возьмете и переставите части, например, кубика Рубика, то ничего из него нового — какого-нибудь более тяжелого объекта — вы не получите. А здесь получается именно так: если вы как-то переставляете кварки, то в результате глюонное облако пухнет, а поскольку оно тоже весит, масса получается больше. То есть принцип комбинирования полностью нарушается, но тем не менее существуют более тяжелые аналоги протонов.

Я даже не знаю, какой из обычной жизни пример привести, чтобы вы почувствовали, насколько это... ( Из зала: «Чайник с водой» .) Хмм.... Ну, хорошо, давайте я расскажу, чем глюонное облако отличается, например, от воды, да и вообще от чего угодно. Понимаете, в этом глюонном облаке нет фиксированного количества частиц, нет закона сохранения «вещества облака». Если взять и внаглую кусок этого облака вытащить — такое тоже можно экспериментально сделать, — то его там не убудет вовсе. Если взять и вытащить половину облака, оно снова там нарастет, потому что кварки не могут без этого — кварки эти силы распространяют в разные стороны, и эти силы потом материализуются. Вот это очень важно прочувствовать, что это не просто какое-то облако вещества, а самовосстанавливающаяся структура, которая весит, которая действует сама на себя.