Игорь Иванов - Удивительный мир внутри атомного ядра

Лет десять назад — сейчас-то уже успокоились — люди на конференциях буквально ругались друг с другом, потому что у них у всех были разные модели померонов. Есть простые модели, есть сложные модели, и они почему-то друг с другом не сходились. Ну, на самом деле, некоторые модели еще были довольно корявые. Но тем не менее. Это был такой период, когда люди не знали, что такое померон — вообще. И пытались разными способами разобраться в этом деле. До рукоприкладства не доходило, но, по крайней мере, друг с другом ругались люди. Сейчас тоже ругаются, но уже по другим поводам — про померон уже не ругаются, наверное, потому что поняли, что уже бесполезно. Есть эксперименты, особенно в последние 10 лет. Вот в Гамбурге был эксперимент, который очень хорошо изучил свойства померона, и теперь хоть немножко про него понятно.

Так вот, померон — это и есть тот объект, который появляется, когда мы пытаемся вытащить кусочек глюонного облака из протона. Этот объект надо куда-то девать. Например, он может перепрыгнуть с одной частицы на другую. В процессе перепрыгивания он существует сам по себе. Вы видите: он там не зацеплен ни за какие кварки, а как будто локализован в пространстве, как будто сам по себе живет. И есть даже предположения, что он может отдельно жить. Если по протону стукнуть, то при определенных условиях померон может вырваться, отлететь и какое-то время пожить там сам по себе, без каких-либо кварков. Это вообще даже интересно себе представить.

То есть то, что раньше было просто силой, теперь оно материализовалось и даже оторвалось от своих родительских кварков и сидит в пространстве. Такие объекты люди уже давно ищут, но, к сожалению, не нашли. Называются они «глюболы» — от слов «glue» и «ball», то есть «кусочек клея». «Глюоны» — это от слова «клей», который как будто склеивает эти кварки. То есть, в принципе, возможно существование отдельно этого кусочка глюонного поля, но, к сожалению, экспериментально его пока не нашли. Может быть, этого и нет, а может, есть — непонятно, надо изучать.

Ну, физики, конечно, всё это придумали — особенно теоретики — и говорят: вот классно, теперь можно исследовать померон таким способом. Но экспериментаторам, на самом деле, очень непросто. Потому что когда два протона пролетают, слегка чиркая друг по другу, то между ними нет никакого сильного столкновения. Протон совсем чуть-чуть отклоняется — меньше чем на градус.

Вопрос: Когда два протона проходят, кварки — они ведь тоже обладают массой, да? — между собой тоже будут взаимодействовать?

Да, давайте я еще раз повторю. Когда вы сталкиваете друг с другом протоны, вы, на самом деле, даже не можете контролировать их столкновение — как столкнутся, так столкнутся. То есть у вас при этом может получиться что угодно. Может получиться жесткое столкновение лоб в лоб, когда один кварк сталкивается с другим; они разлетаются, и получается что-то невообразимое. Есть столкновения, когда два кварка из одного протона и два кварка из другого протона независимо сталкиваются — такое тоже может быть. И обычно так и происходит — это называется «жесткие столкновения», когда рождается куча всего при большой энергии. Но в этих столкновениях не изучишь померон — вот этот кусочек облака, его трудно изучить. Поэтому физики делают так: они сталкивают всё подряд. Вот на этом коллайдере протоны будут сталкиваться 40 миллионов раз в секунду в течение нескольких лет. Они наберут все эти столкновения, а потом будут выискивать из них те, которые, например, такого вот типа или другого типа.

То есть, на самом деле, и кварки взаимодействуют — всё взаимодействует. Получается всякое разнообразие при этом, но потом, когда физики пытаются разобраться, они вытаскивают именно то, что им надо.

Вопрос: Как вообще смогли увидеть все эти кварки, глюонные облака и так далее? Это как-то экспериментально доказано?

Да. Вот есть такой эксперимент Резерфорда, в 1905 году. Тогда атомы открыли, но еще не знали их структуру — просто знали, что там есть электроны в каком-то виде. Так вот, он сделал такой эксперимент.

Он брал одни частицы — альфа-частицы — и пускал их по атому. У него была такая тоненькая золотая фольга, он прямо на эту фольгу пускал частицы и смотрел, на какой угол они отклоняются. Так вот, классической-то физике мы верим, а тогда была классическая физика; эта классическая физика предсказывает тот закон, по которому будут частицы отклоняться за счет электрического притяжения или отталкивания, когда они пролетают друг мимо друга. Этот закон четко предсказывает, какая будет картина рассеяния (это называется рассеяние — когда частицы отклоняются в разные стороны) в зависимости от конкретной модели атома, в зависимости от конкретного устройства. Например, если атом «рыхлый», то они будут лететь в основном вперед и отклоняться на маленький угол. Если же атом, как вот оказалось, имеет очень маленькое и компактное ядро в центре, то картина будет совсем другая. То есть то, что экспериментаторы видят, — они видят, на какой угол разлетелись частицы, и после этого, пользуясь законами классической электродинамики, восстанавливают структуру этого атома.