Максим Ухин
Слева протон с тремя кварками (up, down) и глюоном g в центре, обрамленный «пружинами» пространства; справа – пион с кварком и антикварком (голубым). Иллюстрация Physorg
Навалившаяся на Европу «черная смерть» – эпидемия чумы 1347–353 годов – подарила миру несравненный «Декамерон» Джованни Боккаччо (1313–1375). Итальянец, чудесным образом избежавший опасности, уединился с друзьями на одной из вилл под Флоренцией. Потом такую практику назовут «карантин», или «40 дней» – quaranta giorni. О проблемах с «завозом» инфекций знали и в Древнем Риме, о чем свидетельствует латинское слово quadraginta с тем же значением.
Обычно «Декамерон» переводят как «Десятидневник» (10-частник). Действительно, в пример можно привести хорошо нам знакомое слово «полимер». Но на самом деле в греческом этот корень означал «день». Отсюда – эфемериды, мили «однодневки» или «поденки». «Мерное» значение появилось у дня как части суток (день и ночь – сутки прочь). Менее известен «Пентамерон» Джамбаттисты Базиле (1566–1632). Отметилась своим «Гептамерономом», «Семидневником», королева Маргарита Наваррская, начавшая писать его первые рассказы за три года до рождения Базиле.
Не случайно в этом коротком лингвистическом расследовании упомянуты полимеры. Они отличатся от мономеров наличием связей, образуемых парами электронов друг с другом. Электроны образуют оболочку вокруг атомного ядра (nucleus) с его нуклонами – положительно заряженными протонами и нейтронами. Мари Гелл-Манн был удостоен Нобелевской премии в 1969 году за теоретическое обоснование существования кварков, то есть частиц внутри нуклонов. Его соотечественника Ричарда Фейнмана удостоили Нобелевской премии четырьмя годами ранее как «отца» квантовой электродинамики. Он тоже знал о частицах в нуклонах, которые называл партонами. Но именно его коллега по Калифорнийскому институту технологии (Калтеку) Гелл-Манн показал, что кварки-партоны бывают верхними и нижними, up и down (u и d).
За век до этого англичанин Джеймс Максвелл заявил, что свет есть единство электрического и магнитного полей, которые перпендикулярны друг другу. Уже после открытия радиоактивности был выявлен бета-распад, при котором из ядра вылетает «слабый» электрон, не способный «пробить» даже лист бумаги. Поэтому физики заговорили о слабом взаимодействии, переносчиком которого является частица W (от англ. weak – слабый).
«Нестыковка» энергий процесса вынудила Вольфганга Паули предположить в 1930 году наличие дополнительной частицы с ничтожно малой энергией и нейтральным зарядом. Итальянец Энрико Ферми предложил назвать ее нейтрино, «нейтрончик» (по аналогии с «бамбино»). Бета-распад великолепно представил Фейнман с помощью диаграммы. На ней видно «перестроение» кварков нейтрона, в результате чего тот теряет электрон, вылетающий с нейтрино при содействии W из ядра.
Затем было открыто сильное (strong) взаимодействие, не «выпускающее» из нуклонов кварки, «склеенные» его переносчиками – глюонами (от glue – клей). Попытки выделить кварки в свободном виде с помощью приложения все больших энергий привели только к увеличению «энергообеспечения» клеевых частиц. Поэтому ученые были вынуждены пойти иным путем – исследовать распределение массы в нуклонах.
Международный коллектив из 900 ученых, работающих на Большом адронном коллайдере (LHC) в Европейском центре ядерных исследований (ЦЕРН), использовал столкновения пучков ионов свинца. Следы этих столкновений фиксировались в детекторе ATLAS. Ученые исходили из принятой сейчас в физике Стандартной модели. Она включает в себя все известные на сегодня частицы. Представлены в ней и топ, или «верхние» кварки, огромная энергия которых не позволяет им долго существовать в кварк-глюонной плазме (КГП).
Плазмой физики называют «смесь», образующуюся после отрыва электронов от атомных ядер. Считается, что кварк-глюонная плазма доминировала после Большого взрыва и последовавшей за ним экспоненциальным расширением пространства-времени. После столкновения ионов свинца тоже образовалась КГП. Но существовала она всего 10–23 секунды, что не позволяет наблюдать ее непосредственно.
Тем не менее авторы могли косвенно исследовать ее свойства, имея в виду самый энергоемкий топ-кварк, который был избран в качестве временного маркера процесса. Он, в частности, показал картину распределения ядерных партонов с их кварками и глюонами. Результат был получен при коллизиях с относительно малой энергией 5,02 тера электрон-вольт (1012 ТэВ). Удалось увидеть распад топ-кварка на «нижний» и упомянутую выше частицу W, которая затем претерпела распад на электрон и нейтрино (в полном соответствии с диаграммой Фейнмана).
Статья ученых опубликована в журнале Physical Review D. В ней представлены данные о следовых аномалиях (trace anomalies), выявленных в протонах и пионах с одним кварком и антикварком. Авторы считают, что их результаты стали еще одним подтверждением реальности и надежности Стандартной модели мироздания, на которую в последние годы много «нападок».
