НАШИ ДЕВОЧКИ НАШЛИ ПЕНТАКВАРК И НЕ ИСПУГАЛИСЬ

НАШИ ДЕВОЧКИ НАШЛИ ПЕНТАКВАРК И НЕ ИСПУГАЛИСЬ

Материя устроена совсем не так, как мы думали

Между Большой Черемушкинской улицей и Севастопольским проспектом находится огороженная и строго охраняемая территория. Сквозь забор можно увидеть дворец, английский парк, старинные постройки, но чудесный пруд уже не увидишь. Эта богатая усадьба принадлежала поочередно Прозоровским, Голицыным, Якунчиковым, здесь давали концерты Скрябин и Рубинштейн. В 1946 году, когда развернулись работы по Атомному проекту, усадьбу передали Институту теоретической и экспериментальной физики. Сейчас здесь работает 11 членов Российской академии наук, таких институтов немного. На последних выборах из Института теоретической и экспериментальной физики в РАН прошли четыре человека – это маленький рекорд. И именно в ИТЭФе получен самый выдающийся результат в отечественном естествознании в 2003 году.

Ленин учил, что атом столь же неисчерпаем, как Вселенная. Может быть, это одно из немногих положений классика, которое оправдалось, хотя сам Ленин о строении материи не знал почти ничего. В 1964 году нобелевский лауреат американец Мюррей Гелл-Манн предположил, что все адроны (так советский физик академик Лев Окунь, заведующий теоретическим отделом ИТЭФа, назвал класс частиц, которые способны к ядерным взаимодействиям) состоят из кварков. Слово «кварк» Гелл-Манн нашел в романе Джойса «Поминки по Финнегану», где во время похищения Тристаном Изольды чайки непрерывно кричат: «Три кварка для мистера Марка!» В этом романе изобретен особый язык сновидений с примесью всех наречий мира.

Выяснилось, что адроны (их открыто уже несколько сотен, наиболее известны протоны и нейтроны) состоят либо из трех кварков, либо из пары кварк-антикварк. Как и в нашей человечьей жизни – либо мужской коллектив из трех человек, либо семья из мужчины и женщины. (Пикантный образ принадлежит ученому секретарю ИТЭФ Валерию Васильеву) При этом заряд кварка равен либо плюс двум третям, либо минус одной трети заряда электрона. Дробный заряд, когда известно, что заряд электрона неделим, – это чудовищно. Вроде половины собаки или двух третей кобылы. Мерещится даже гоголевский Нос, ухаживающий за девушками на Невском проспекте. При этом электрон вечен и никогда не распадается.

Удивительно, что самих кварков никто ни в одном эксперименте не наблюдал. Этот основополагающий кирпичик мироздания вытащить, отделить от собратьев невозможно. Впервые в истории науки ученые столкнулись с парадоксальной ситуацией: целое нельзя разложить на части, хотя составляющие определены. Как заметил заместитель директора ИТЭФ член-корреспондент РАН Михаил Данилов, отныне выражение «состоит из» вовсе не означает «можно разделить на».

Хотя кварки по отдельности не гуляют, выявлено несколько их разновидностей. Физики-ядерщики – люди романтичные, это выдают имена, которые они присваивают кваркам. Наиболее распространены кварки u (up) и d (down). Есть еще четыре разновидности, которые встречаются только в космических лучах или в сложных экспериментах: s (strange – странный), с (charm – очарованный), b (beautiful – прекрасный), t (top – высший).

Несколько лет назад теоретик из Санкт-Петербургского института ядерной физики Дмитрий Дьяконов высказал гипотезу о возможности существования адронов не из двух, не из трех, а из пяти кварков – это частица тета-плюс-барион, которая состоит из двух ир-кварков, двух down-кварков и одного «антистранного» кварка. Но в чем отличие между теоретиком и экспериментатором? Результату теоретика не верит никто, кроме него самого. (Паули не верил в существование предсказанного им нейтрино.) Результату экспериментатора доверяют все, кроме самого экспериментатора – примеров море, начиная с Герца и Бора. Так и на публикацию Дьяконова, несмотря на все его международные премии, внимания не обратили.

В 2000 году на конференции в Австралии Дьяконов за академическим бизнес-ланчем заинтриговал своей теорией известного японского физика Такаси Накано из Центра ядерной физики в Осаке. Японцы решили искать следы пентакварка в уже поставленных экспериментах. Одновременно один из сотрудников ИТЭФ, приехав из-за границы, рассказал о гипотезе Дьяконова (кривые пути научной информации – яркое свидетельство бедственного состояния российской науки). В ИТЭФе тоже решили искать пентакварк в результатах экспериментов 1986 года – этим занялся доктор физико-математических наук Анатолий Долголенко. Японцы ставили эксперименты на новейшем оборудовании, искали новую частицу с помощью компьютеров. У нас была доисторическая пузырьковая камера, которую изобрели еще в 1952 году, а сейчас повсюду в мире отправили в музеи. Результаты мы обрабатывали, по существу, вручную. За три года в ИТЭФе было просмотрено 1,5 миллиона фотографий. Это был труд подвижников.

Профессор Нагано, в команду которого входили ученые из нескольких западных стран, опередил нашу группу с публикацией на два месяца. Но пути были разные: японцы нашли пентакварк тета-плюс-барион при реакции, индуцированной гамма-квантами, российские ученые – при резонансе положительного К-мезона (это один из адронов) и нейтрона. Через некоторое время Долголенко нашел и в других реакциях следы пентакварков. Важно, что точность определения массы и ширины пентакварка, выявленная нашими учеными, гораздо выше. Как рассказывает профессор Долголенко, если японцы ищут следы частиц на компьютере, то у нас, как в годы Атомного проекта, через микроскоп в фото вглядываются три лаборантки. Нине, Люсе и Наташе по 60 лет, но их называют «девочками», как 40 лет назад, когда они пришли в ИТЭФ. Лаборантки Нина, Люся и Наташа накопили такой опыт, что знают ядерную физику лучше, чем многие студенты.

Пентакварк живет недолго – 1022 секунд. Но все в мире относительно. И неизвестно, что в своем масштабе стабильнее – «мерседес», который распадается через 500 тысяч километров пробега, или элементарная частица, которая в пузырьковой камере оставила сантиметровый след.

Частица тета-плюс-барион обладает очень любопытными свойствами. Но уже ясно, что на Земле ее практически нет, изредка можно встретить в космических лучах. Такие пентакварки жили только в первые мгновения после Большого взрыва. Но пентакварк очень нужен физикам. Это открытие проясняет, какие силы связывают воедино кварки, как устроена материя, что спасает от распада респектабельные протон и нейтрон, из которых состоит весь видимый мир.

После работ Нагано и Долголенко мир буквально захлестнули аналогичные исследования. Опубликовано уже около двухсот работ. Кто-то видит пентакварки, кто-то не замечает. Член-корреспондент РАН Михаил Данилов после обработки своих экспериментов в лабораториях Германии пентакварк не обнаружил и потому считает, что коллеги неправильно интерпретировали результаты. Такое в науке случается. Значит, нужны новые опыты. Лучше, если они будут специально направлены на поиск экзотических пентакварков. В США, Германии и Японии принято решение о таких экспериментах. Ученые ИТЭФа тоже составили свои предложения – решения пока нет. Все упирается в деньги. Это так старо и даже пошло, что в разговоре о пентакварках повторять не хочется. Стоимость эксперимента 1 миллион долларов на три года. Для западной науки – крохи. Но у российской науки таких средств нет: годовой бюджет ИТЭФа около 5 миллионов долларов. И это одно из немногих научных учреждений, где ведутся работы, позволяющие России сохранить свой статус…

«За кварки в нашей стране не платят, – говорит директор ИТЭФа Александр Суворов. – За антикварки тоже не платят».