-Метки

covid-19 iter lhc nica xfel «большой серпухов» «мк» «научная россия» «протвино сегодня» «светлый город» «страна росатом» «ускоритель» В.Высоцкий а.агеев а.баженов а.бугорский а.булатов а.ваганов а.васильев а.васянин а.воробьёв а.голубев а.евсиков а.зайцев а.колесников а.колотовкин а.лиходед а.логунов а.мысник а.рохман а.сахаров а.степанец а.хамаза а.эйнштейн б.арбузов б.булдыгин б.ельцин б.серебряков без событий бозон хиггса большой серпухов в.балакин в.борисов в.бухтияров в.волчков в.губарев в.дмитровский в.каминский в.михайлов в.михненков в.петров в.путин в.романенко в.рубаков в.рыбальченко в.татаринцев в.тепляков в.троицкий вакцинация г. дерновой г.дерновой г.мущак г.рыбаков г.трубников гнтс д.медведев день науки дубна е.клименко е.куракина е.левичев е.мочалова е.пичугина запорожская аэс и.брынцалов и.вишняков и.курчатов и.маск ифвэ ияф со ран коронавирус коррупция ксп «мельница» л.ландау л.ландсберг л.разумова л.рашевская л.севрюкова л.соловьёв л.фоменко л.ширшов лесной бульвар м.ковальчук м.мишустин м.несмелов м.шишков магатэ минатом минздрав мо мособлдума музей протвино н.бакатура н.бочко н.веденеева н.лескова н.марченков н.поправко н.тюрин наукоград кольцово ниц «ки» ниц «курчатовский институт» нтс ифвэ о.ломакин о.чепурная объединение наукоградов оияи опп п.головнёв п.логачев п.шляпников пандемия политика проект «сила» протвино протонная терапия пущино пущино и протвино р.фурцев росатом рост заболеваемости с.вольховский с.герштейн с.денисов с.иванов с.кириенко с.клименко с.кудряшов с.поярков с.рогозина с.токарев серпухов скиф слияние наукоградов смертность спецоперация стандартная модель статус наукограда статус наукоградов т.кулешова т.пичугина токамак тоннель унк у-70 у.кремлёв унк ф.ёч фиан футбол в катаре хор «реченька» церн цкп «скиф» чернобыль чикаго ю.ильин ю.прокошкин ю.романенко ю.рябов ю.харитон ядерная медицина

 -Рубрики

 -Поиск по дневнику

Поиск сообщений в Rewiever

 -Подписка по e-mail

 

 -Сообщества

Участник сообществ (Всего в списке: 1) ПОЛИТИКА

 -Статистика

Статистика LiveInternet.ru: показано количество хитов и посетителей
Создан: 28.06.2006
Записей:
Комментариев:
Написано: 2412


Люди и кварки

Понедельник, 15 Декабря 2003 г. 22:10 + в цитатник

 

ГЛУБИННЫЕ СВОЙСТВА МИКРОМИРА

 

Журнал российских атомщиков, информируя о состоянии дел в энергетической отрасли, показывает также, как добываются новые знания о фундаментальных свойствах материи...

Опубликовано: журнал "Росэнергоатом", № 12 - 2003 г. /
«Без фундаментальной науки не было бы ни ядерного щита страны, ни атомной энергетики...» 
/ А.Ю. Румянцев, министр РФ по атомной энергии

iheptexploshs (276x184, 78Kb) Идея по созданию в нашей стране крупнейшего в мире ускорителя протонов была впервые высказана ещё И.В. Курчатовым, и уже в марте 1958 года было принято соответствующее правительственное решение. Начались работы по поиску подходящей площадки для полуторакилометрового гиганта, и после многих «примерок» остановились на лесистой территории неподалёку от Серпухова, на берегу реки Протвы. 
Строительные работы начались в 1960 году, а в ноябре 1963-го был подписан приказ ГКАЭ СССР об организации Института физики высоких энергий как самостоятельно действующего института. Осенью 1967 года (в ночь на 14 октября) протонный синхротрон был запущен, и практически сразу же была достигнута энергия протонов в 76 млрд электрон-вольт (76 ГэВ). Это был «мировой рекорд», и симптоматично, что достигнут он был в присутствии представительной делегации Европейской организации по ядерным исследованиям (ЦЕРН, Швейцария). Собственно говоря, именно тогда и именно здесь положено начало широкому международному сотрудничеству нашей страны в области «физики высших мировых достижений», активно продолжающемуся сейчас на более мощных зарубежных ускорителях. А тогда каждый новый эксперимент на У-70 был шагом в неведомое.… 
В частности, 1971-м годом датируется физическое открытие, совершённое здесь: при взаимодействии частиц при энергиях ускорителя У-70 впервые удалось получить подтверждение их сложной внутренней структуры, или, другими словами, экспериментально подтвердить кварковую теорию строения протонов, нейтронов и некоторых других частиц, относящихся к классу т. н. "адронов". Сама кварковая теория, с получением новых результатов на ещё более высоких энергиях взаимодействия на других ускорителях, заметно усложнилась.

Как в этом разобраться, над чем сейчас работают физики – это и попытался объяснить, не прибегая к сложным формулам, главный научный сотрудник ГНЦ РФИФВЭ академик Семён Соломонович Герштейн. 
CCGers2 (155x157, 32Kb)    – Начнём с того, что 100 лет назад человечеству были известны только два вида сил, два вида  взаимодействия: гравитационное и электромагнитное. Потом выяснилось, что ядро атома  состоит из нейтронов и положительно заряженных протонов, которые должны отталкиваться,  как и положено одноименным зарядам по закону Кулона. Но ядро оказалось «крепким орешком»  – какие-то неведомые силы, в сотни раз более сильные, чем кулоновские, удерживают протоны в  ядре вместе. Появилось представление о новом виде сил, которые договорились так и называть –  «сильными», как и все ядерные взаимодействия. Этим картина не ограничилась: выяснилось, что  некоторые ядра могут самопроизвольно испускать электроны (бета-распад) и гамма-кванты, и  что свободный нейтрон сам по себе живёт около 16 минут, а затем распадается на протон, электрон и нейтрино. Стало ясно, что ядерные, сильные взаимодействия тут ни при чём, потому что они на 14 порядков превосходят те энергии, которые регистрируются в процессах бета-распада. Электромагнитными силами бета-распад тогда тоже не удалось объяснить, и пришлось ввести ещё один вид сил, получивший наименование «слабых». Сначала казалось, что существует пять разных типов слабого взаимодействия, пять разных сил. Но когда в середине 20-го века начали строить ускорители и наблюдать распады и рождения частиц, то за 40-50 лет «набралось» разных частиц больше сотни, разных по массе, по знаку заряда, по времени жизни, по способности участвовать сразу в нескольких типах взаимодействия, и так далее. Одна и та же частица в одном и том же эксперименте может распадаться по-разному. 

От такого разнообразия веяло хаосом, хотелось привести все наблюдаемые взаимодействия к некому общему знаменателю. Отчасти это получилось, слабые силы удалось увязать с электромагнитными, теперь у нас общепринятой является модель электрослабого взаимодействия, и я счастлив, что внёс в это объединение свою лепту. Дальнейшей желанной перспективой для физиков является модель «Великого объединения», когда будут, надеюсь, сведены воедино все известные нам силы, включая и гравитацию. Сделать это непросто, поскольку существуют неразгаданные ещё противоречия. Мы видим, что частицы, которые мы создаём искусственно, имеют обыкновение рождаться парами: электрон – позитрон, нейтрино – антинейтрино, протон – антипротон... Но во всём обозримом пространстве мы не обнаруживаем антиматерии; античастицы иногда встречаются в космосе, создаются на ускорителях, а антиматерия – нет. И потом, электромагнитные взаимодействия – это притяжение и отталкивание, а гравитационного отталкивания мы не знаем, пока наблюдается только всемирное тяготение. Как могли возникнуть в природе такие асимметрии? Нет вразумительного объяснения, нет и «Великого объединения». 
А что удалось или почти удалось сейчас? Более-менее стройное теоретическое здание выстроено в виде так называемой «Стандартной модели». Учёные договорились все известные силы считать «обменными» – это когда взаимодействие осуществляется с помощью частиц-переносчиков, или квантов того или иного силового поля. Таким образом, действие разных на первый взгляд сил укладывается в рамки общей «Стандартной модели». В 1935 году японский физик Юкава выдвинул гипотезу об обменном механизме ядерного сцепления и предсказал массу пи-мезона – частицы, ответственной за это взаимодействие. Его предсказание блестяще подтвердилось, правда, мезонов разных типов оказалось целое семейство, но «Стандартной модели» это не повредило. 
Фотон – безмассовый квант электромагнитного поля, переносчик электромагнитного взаимодействия – нам знаком уже давно. Существование квантов слабого поля – W- и Z-бозонов также вытекало из «Стандартной модели». Физики Салам и Вайнберг разработали единую систему уравнений для уже единого электрослабого взаимодействия и, опираясь на эту теорию, вычислили и предсказали массу W-бозона, за что они и получили Нобелевскую премию. В 1983 году в ЦЕРНе Ван дер Меер и Руббиа экспериментально обнаружили W-и Z-бозоны, и тоже стали нобелевскими лауреатами. 
К типу сильного взаимодействия относится не только связь нуклонов в ядре, осуществляемая с участием мезонов, но и связь кварков внутри нуклонов, осуществляемая глюонами. Пока ни кварков, ни глюонов в свободном состоянии наблюдать не удалось. 
Тем не менее, большое количество правильно предсказанных «Стандартной моделью» результатов даёт основания полагать, что все силы действуют именно по обменной схеме. Да и частицы-переносчики всех взаимодействий, кроме гравитационного, уже экспериментально обнаружены, но гравитация – это особый случай. 
Чтобы как-то наглядно представить обменное взаимодействие, надо вообразить, что, к примеру, электрон не «голый», а как бы фонтанирует фотонами, но эти фотоны не отправляются в свободный полёт, а возвращаются обратно, электрон как бы одет в «фотонную шубу». Если поблизости ничего нет, электрон таким образом взаимодействует сам с собой, а если поблизости есть другая заряженная частица, то она может захватить чужие фотоны или отдать свои. То есть произойдет обмен. Примерно так же можно представить себе атомное ядро, в котором каждый из составляющих его нуклонов одет в «мезонные шубы», создаёт вокруг себя мезонное поле, непрерывно испуская и поглощая виртуальные мезоны. Внутри такой мезонной оболочки, то есть на расстояниях между частицами меньших 10-13 см, кулоновское отталкивание протонов бессильно против сильного взаимодействия, и нуклоны как бы крепко заперты внутри ядра. Причем нуклон не состоит из мезонов, нуклон их непрерывно рождает и поглощает, обменивается ими с соседями, идёт такая бурная жизнедеятельность. Мы называем мезоны виртуальными, потому что испускания и поглощения происходят слишком быстро, но их нельзя назвать несуществующими: при столкновении быстрых протонов мезоны могут получить достаточно энергии для независимого существования в течение одной-двух стомиллионных долей секунды, но наши приборы успевают их зафиксировать, а потом по следам распада можно вычислить их массу, заряд, момент вращения (спин) и другие параметры. 
А вот кварки оказались подходящим «конструктором для сборки» протонов и нейтронов: всего трёх кварков и антикварков хватило на первых порах. Но потом открыли частицу по имени J/y, и для объяснения её свойств понадобилось ввести в рассмотрение четвёртый кварк. Он был уже предсказан, назван «очарованным», комбинировался с тремя первыми, при сборке частиц с участием четвёртого кварка получались «очарованные» мезоны, которые удалось наблюдать экспериментально. Таким образом, кварковая модель восторжествовала. В 1977 была открыта ещё одна частица, которая в четырёхкварковую модель не вписывалась, пришлось предложить пятый кварк, получивший новое квантовое свойство – «прелесть», charm по-английски. Но и пятикварковой моделью, как показали последующие исследования, дело не ограничивается, на подходе шестой – «правдивый» (от английского truth) t-кварк. Уже само это разнообразие кварков свидетельствует о том, что считать детали кваркового конструктора простыми, элементарными – нельзя. 
Чем больше мы узнаём, изучая эти глубинные свойства микромира с помощью всё более мощных ускорителей, тем больше новых загадок и новых открытий. Думается, сейчас надо ждать определённого «прорыва» от синтеза физики микрочастиц и космологии. Учёные тридцать лет сомневались, правильна ли идея о термоядерном происхождении солнечной энергии, потому что никак не удавалось обнаружить тот поток нейтрино, который должен падать на Землю, если на Солнце действительно происходит реакция слияния ядер водорода в ядра гелия. При этой реакции выделяется столько нейтрино, что их приходит 6*1010 на каждый квадратный сантиметр земной поверхности каждую секунду. Подумайте только – через каждый сантиметр нашей кожи каждую секунду проходит 60 триллионов частиц, а мы этого не чувствуем и даже не догадываемся... Теперь, когда мы умеем ловить нейтрино и другие частицы из космоса, а научились мы этому благодаря физике частиц, мы можем подобраться к задаче о скрытой массе и энергии Вселенной, которая мне представляется задачей номер один на ближайшие сто лет. 
О чем идёт речь? Наблюдаемая динамика расширения Вселенной предполагает определённую плотность материи. Та материя, которую мы знаем, может дать только около 30 % этой плотности. Где же остальное? Может быть, ответ надо искать, углубившись в ещё более тонкие структуры вещества, спуститься от ядерных размеров – 10-13 см к расстояниям порядка 10-33 см, посмотреть, а что же там? 
Хотя сейчас уже вряд ли кто-то надеется отыскать даже в таких глубинах что-нибудь воистину элементарное… 



журнал "Росэнергоатом", № 12 / 2003 г.

 

Серия сообщений "Публикации о С.С. Герштейне":
Часть 1 - Последний отпуск Сахарова
Часть 2 - Друг Билл пожалел, что закрыл SSC
...
Часть 5 - Профессор С.С. Герштейн стал академиком РАН
Часть 6 - Мы - в преддверии новой революции в физике
Часть 7 - Люди и кварки
Часть 8 - Спасибо, что Вы - с нами
Часть 9 - Академик, удостоенный Золотой медали Ландау
...
Часть 13 - Ушел академик Семен Соломонович Герштейн
Часть 14 - Погасла «Звезда Физтеха»
Часть 15 - Кончина С.С. Герштейна /официальный некролог/

Метки:  

 

Добавить комментарий:
Текст комментария: смайлики

Проверка орфографии: (найти ошибки)

Прикрепить картинку:

 Переводить URL в ссылку
 Подписаться на комментарии
 Подписать картинку