Знание-сила, 2004 № 12 (930) - [40]
Александр Волков
Чем пахнут кварки?
Декабрь. В Стокгольме пришло время вновь читать Нобелевские лекции. На этот раз слушателям предстоит погрузиться в мир незримого, порой даже невидимого в микроскоп — попытаться понять логику обоняния, узнать, как расщепляются белки и ценят ли кварки свободу.
Кварки — точечные частицы, скрывающиеся внутри протонов и нейтронов, — вызывают особый интерес у ученых. За их исследование вручено уже несколько Нобелевских премий, начиная с 1969 года, когда лауреатом этой премии стал Марри Гелл- Ман — человек, предположивший, что подобные частицы существуют (рассказ о нем читайте в "ЗС", 2004, №8).
Сорок лет назад, постулируя существование кварков, ученые скорее изобретали удобную теоретическую конструкцию, позволявшую наконец навести порядок в хаосе элементарных частиц, которых год от года становилось все больше. В начале шестидесятых годов число "кирпичиков мироздания" превысило две сотни, что и побудило некоторых физиков предположить, что эти частицы, в свою очередь, состоят из каких-то более мелких, воистину элементарных частиц. Природа не терпит лишней сложности.
Несколько лет гипотеза кварков не подтверждалась на практике. Лишь в 1968 году в США, в Стэнфордской лаборатории при обстреле электронами неподвижных протонов удалось показать, что разброс частиц не соответствует прежним представлениям о протоне как однородном объекте, не имеющем никакой внутренней структуры. Наоборот, картина разброса явно свидетельствовала, что внутри протона находятся какие-то другие частички. Это и были кварки.
С тех пор ученые доказали, что существует шесть разновидностей кварков — открыли Up, Down, Strange, Charme, Bottom и Тор-кварки, — и описали некоторые их свойства. Однако многое по-прежнему непонятно. Кварки остаются крайне загадочными частицами.
Так, до сих пор не удалось хотя бы отделить один кварк от другого. Все доказательства их существования почерпнуты в общем-то косвенным путем. Кварки не разъединяются, потому что сила их взаимного притяжения неимоверно увеличивается по мере того, как растет расстояние между ними.
В интервью газете "Коммерсант" помощник директора Объединенного института ядерных исследований Павел Боголюбов отметил: "Если кварки попытаться растащить в стороны, то при этом... выделится энергия, на несколько порядков превосходящая ядерную. Другими словами, физики- теоретики, по сути, указали физикам- экспериментаторам путь создания бомбы, которая по мощности будет на несколько порядков превосходить современные ядерные заряды".
Энергия пары кварков при попытке ее разъять возрастает настолько, что когда-нибудь достигнет величины, при которой произойдет превращение энергии в массу. Из пустоты возникнет пара "кварк — антикварк". Было два кварка, станет четыре. Вместо одной пары — две пары. Можно заново попытаться разделить кварки — не выйдет. "Кварки находятся в тюрьме, — шутят физики, — убежать из которой никогда не удастся".
Дэвид Гросс (Калифорнийский университет), Дэвид Политцер (Калифорнийский технологический институт) и Фрэнк Вильчек (Массачусетский технологический институт), лауреаты Нобелевской премии в области физики 2004 года, получили эту премию именно за то, что описали, говоря тем же шутливым тоном, "поведение кварков в неволе". Награда была вручена за открытие "асимптотической свободы кварков". Работу на эту тему американские ученые опубликовали еще в 1973 году Подобную теорию на рубеже 1960 -1970-х годов разрабатывали и советские физики Николай Боголюбов, Альберт Тавхелидзе и Виктор Матвеев.
Все выпуски телевизионных новостей в день объявления лауреатов обошла сценка в духе КВН: два ассистента, связанных резиновым шнуром, разбегались, но чем больше росло расстояние между ними, тем сильнее шнур притягивал их друг к другу.
Однако действительность может оказаться сложнее, чем скетч, разыгранный по законам современной науки. С вводом в эксплуатацию нового коллайдера CERN в 2007 году мы заглянем в глубь материи дальше, чем когда-либо. Возможно, предстоящие опыты покажут, что кварки — вовсе не элементарные частицы, а сами состоят из каких-то более крохотных частиц. Дробление материи на составные части продолжится.
Пока же продолжаются открытия в мире кварков. Полтора года назад были обнаружены пентакварки — особые частииы, состоящие из пяти кварков. Их существование не противоречит Стандартной модели мироздания, используемой физиками на протяжении десятилетий. Лишь в 1997 году российские и немецкие теоретики рассчитали, как должна выглядеть система из пяти кварков, а в 2003 голу сразу четыре группы физиков, в том числе сотрудники российского Института теоретической и экспериментальной физики, открыли пентакварки, но премии им придется ждать долго. Сейчас Нобелевские премии присуждают обычно за работы, сделанные десятилетия назад.
Премия в области физиологии и медицины также была присуждена за работу, выполненную еще в 1991 году Именно тогда американские исследователи Ричард Аксель и Линда Бак открыли принцип действия обонятельных рецепторов и описали обонятельную систему мыши.
Долгое время ученые считали обоняние низким, животным чувством. Его роль недооценивалась. В самом деле, благодаря зрению человек получает 90 процентов информации об окружающем мире, благодаря слуху — 8 процентов, а обонянию — всего 1,5 — 2 процента.
