Игорь Иванов - Удивительный мир внутри атомного ядра

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.

Вопрос: А за счет чего она восстанавливается?

Это можно описать примерно так. Давайте я за две минутки это скажу. Вот есть силы, которые вы знаете, — электромагнитные силы. Это силы притяжения между электрическими зарядами. И в каком-то смысле их можно представлять как обмен частицами — эти частицы называются «фотоны». Самое главное, что фотоны друг с другом не взаимодействуют. Если, скажем, где-то есть сколько-то фотонов, и туда добавить еще побольше фотонов, то на тех, на предыдущих фотонах это вообще никак не скажется. Это называется «принцип суперпозиции», в электростатике, например. Электрические и магнитные поля просто складываются, и все. А вот с глюонными полями такое дело не проходит. Если вы увеличите концентрацию глюонов, то у них появляется тенденция порождать еще больше глюонов. Каждый глюон может порождать еще глюоны, они могут рекомбинировать, сталкиваться. В результате, если в облаке станет слишком мало глюонов (например, возьмете облако — и половинку облака уберете), то оставшиеся глюоны испустят новые, и они рассядутся вокруг протона так, чтобы всё было стабильно, стационарно. Это такое свойство, которое люди раньше вообще не знали.