Серия сообщений "Наука (5)":
Часть 1 - Байкал: капсула времени человечества
Часть 2 - Почему токамак - российский бренд. Как водка...
...
Часть 8 - Международное сотрудничество ОИЯИ растёт
Часть 9 - Гранты правительства РФ - десяти победителям
Часть 10 - Прецизионные результаты в мюонной физике
Часть 11 - Всё началось не с Большого взрыва
Часть 12 - Запуск ЦКП СКИФ в эксплуатацию - 2026 год

Кто откроет бозон Хиггса?

По традиции в начале июля- 2003 в Протвино состо­ялся Междуна­родный семинар по фундамен­тальным пробле­мам физики вы­соких энергий и теории поля. На 26-ую по счету встречу собра­лись теоретики преимущественно из России (Моск­ва, Протвино, Дубна, Санкт-Петер­бург), а также из Англии, Фран­ции и США.  В течение 3 дней говорили о «сокровенном». А именно о том, откроет ли «частица бо­га», или бозон Хиггса, свою тайну американским физикам.

В силу объявленной на сей раз те­матики семинара («пространственно - временные структуры в микро- и макрокосмосе») собравшиеся теорет­ики изящно оперировали понятия­ми, выходящими далеко за рамки наших обыденных представлений о пространстве и времени. Не случай­но в своих комментариях к происхо­дящему один из «хозяев поля», за­меститель начальника теоретическо­го отдела ГНЦ ИФВЭ профессор Вла­димир Петров заметил, что физики сегодня подходят к пониманию того, что даже бывшие уделом писате­лей-фантастов представления о пу­тешествиях во времени не так уж беспочвенны. Что интересно — усло­жнение представлений о сокрытых пока тайнах мироздания происходит не вопреки, а благодаря попыткам ученых «навести порядок» в накоп­ленных экспериментальных резуль­татах и теоретических разработках.

Один из ключевых вопросов совре­менной физики высоких энергий — подтверждение   или   опровержение  существования теоретически пред­сказанной еще в 1964 году шотланд­ским физиком Питером Хиггсом эк­зотичной субатомной частицы, назы­ваемой бозоном Хиггса (Higgs boson, Н) — по сути, единственного недос­тающего звена Стандартной модели элементарных частиц. Предполагает­ся, что бозон Хиггса сыграл основ­ную роль в механизме, посредством которого некоторые частицы (квар­ки, лептоны) во время Большого взрыва приобрели массу, а другие ос­тались безмассовыми (фотоны).

Помимо полей, «отвечающих» за тройку фундаментальных взаимо­действий (электромагнитное, силь­ное и слабое), в Стандартной модели предполагается наличие еще одного скалярного поля, которое неотдели­мо от пустого пространства, не сов­падает с гравитационным и называется полем Хиггса (Хиггс в своё вре­мя выдвинул гипотезу, что простран­ство между частицами как бы запол­нено тяжелой, вязкой субстанцией). Считается, что все фундаментальные частицы приобретают массу в ре­зультате взаимодействия с этим вез­десущим полем (тяжелые частицы взаимодействуют с полем Хиггса сильнее, легкие — слабее). В силу корпускулярно-волнового дуализма нолю Хиггса должна соответствовать по крайней мере одна частица — по­средник, квант этого поля, собствен­но бозон Хиггса (бозон — потому что частицы Хиггса подчиняются стати­стике Бозе-Эйнштейна). Драматизм ситуации состоит в том, что если «хиггс» будет обнаружен, то запол­нится прямо-таки зияющая лакуна в основании Стандартной модели и подтвердится правильность нашего понимания Вселенной (а до сих пор Стандартная модель, в общем-то, не терпела поражений, напротив, полу­чала одно блестящее подтверждение за другим). Но если будет доказано, что  бозона Хиггса нет, то это откроет путь для целого ряда альтернативных теорий, давно гото­вых заменить Стандартную модель, — вплоть до всякой экзотики с «па­раллельными Вселенными» или «вы­сшими измерениями».

Предыдущие эксперименты показа­ли, что, если мистическая частица действительно существует, то она должна иметь массу между 114 и 211 гигаэлектронвольтами (ГэВ). Кстати говоря, подобных частиц мо­жет быть в принципе и сразу не­сколько... Трудности, стоящие на пути открытия «хиггса» были столь велики, а его предполагаемая роль столь важна, что частица получила ироническое прозвище «частица бо­га», хотя многих физиков от этого «псевдонима», пущенного для эф­фектности СМИ, просто коробит.

В 2000 году одна из групп ядерщи­ков ЦЕРНа уже заявила о том, что им удалось зафиксировать распад «хиггса» с массой 114 ГэВ, но потом исследователи сами же усомнились в своих результатах. Речь идет о серии экспериментов ALEPH (Apparatus for LEP Physics) на LEP (Large Elec­tron Positron Collider) — Большом электрон-позитронном коллайдере, который функционировал в течение 11 лет (с 13 ноября 1989 года по 2 ноября 2000 года) и должен теперь передать эстафету более мощной ус­тановке — LHC (Large Hadron Collid­er) — Большому адронному коллайдеру, введение в строй которого ожи­дается только в 2007 году. Этот суперколлайдер, рассчитанный на энергию протонов 14 ТэВ, предназначен не только для поиска бозона Хиггса, но и для обнаружения возможных про­явлений суперсимметрии, а монти­руется он в том же 27-километровом тоннеле, в котором находился LEP.

А вот LHC задуман до­статочно мощным для того, чтобы изучить оставшуюся часть возмож­ных значений масс частицы вплоть до 211 ГэВ и вывести окончательный вердикт о существовании или несу­ществовании загадочной частицы.

Серия сообщений "Совещания, конференции по ФВЭ и ускорителям":
Часть 1 - XIV Международный семинар теоретиков
Часть 2 - Семинар закончен. Работа продолжается.
...
Часть 19 - Как всегда, в конце июня
Часть 20 - Физикам нужен бозон Хиггса
Часть 21 - Теоретики заглядывают в будущее
Часть 22 - О "чёрных дырах" в космосе и на Земле
Часть 23 - В Протвино опять поправляли Эйнштейна
...
Часть 35 - Прошла Конференция ускорительщиков RuPAC'23
Часть 36 - XXXVI Международный семинар по ФВЭ
Часть 37 - ОИЯИ нуждается в притоке инженеров и рабочих

  Ученые ФИАН играют важную роль в эксперименте Belle II, который проводится на электрон-позитронном коллайдере SuperKEKB. О том, какие проблемы стоят перед современной физикой элементарных частиц, как устроен эксперимент и каких открытий можно ожидать в ближайшем будущем, рассказал доктор физико-математических наук, член-корреспондент РАН, главный научный сотрудник лаборатории тяжелых кварков и лептонов ФИАН Павел Николаевич Пахлов.

  «Сейчас в нашей области физики наступает кризис (а в науке это прекрасно, это заставляет людей больше думать, позволяет совершить прорыв): почти все эксперименты удовлетворительно описываются неудовлетворительной теорией. Но мы уже подошли к той черте, за которой Стандартная модель должна сломаться. Поэтому существует уверенность, что скоро мы найдем что-то, что укажет, в каком направлении должна двигаться теория», – объясняет Павел Николаевич.

      Рождаются B-мезоны парами при столкновениях   электронов и позитронов. За время жизни, составляющее   несколько пикосекунд, они успевают пролететь расстояние   порядка сотни микрон, а затем за счет слабого   взаимодействия происходит распад. Напрямую B-мезоны   обнаружить нельзя, регистрируются только продукты их   распада. Получившиеся частицы также нестабильны и   распадаются на еще более легкие. Задача физиков – по   результатам измерений восстановить всю цепочку распадов,   рассчитать её свойства и сверить с моделью. Если в   результате   обнаружат расхождение с теорией, то это и будет   свидетельствовать об отклонении от Стандартной модели.

   Помимо ускорителя успех эксперимента определяется детектором. Уже сейчас ясно, что сконструированный детектор, в создании которого активное участие принимали ученые ФИАН, получился удачным. Детектор представляет собой «сэндвич» из под-детекторов, каждый из которых предназначен для решения конкретной задачи. Около точки взаимодействия расположены вершинные детекторы размером всего около 10 сантиметров из кремниевых пластинок, которые измеряют трек частиц с точностью до десятков микрон; данные с них считываются десятками тысяч электронных каналов. Чуть дальше расположена дрейфовая камера, которая реконструирует треки продуктов распада B-мезонов.

Серия сообщений "Наука (3)":
Часть 1 - XFEL поможет видеть атомарные процессы
Часть 2 - Фундаментальной ядерной физике - развиваться
...
Часть 18 - Долгий путь к уточнению Стандартной модели
Часть 19 - Такого в истории космонавтики ещё не было
Часть 20 - Прорваться за пределы Стандартной модели
Часть 21 - Специалисты ОИЯИ проверили детектор OSIRIS
Часть 22 - О снижении качества научно-технических элит
...
Часть 46 - Как СССР соперничал с США в лунных программах
Часть 47 - «СКИФ» строится, пора готовить исследователей
Часть 48 - Механизм земной жизни - математически

Наблюдение в ЦЕРНе ранее предсказанного бозона Хиггса как будто бы завершило эпоху открытий фундаментальных элементарных частиц. На самом же деле вопросов к Стандартной модели (см.) меньше не стало - она может объяснить далеко не все явления. Например, непонятно, почему во Вселенной почти нет антивещества (проблема барионной асимметрии Вселенной), почему нейтрино имеют хоть и ничтожно малую, но ненулевую массу, почему вакуум Стандартной модели выглядит метастабильным (измеренная масса частицы Хиггса лежит в узкой области между границами стабильности и нестабильности вакуума), почему масса бозона Хиггса относительно невелика, хотя ожидаемый вклад от квантовых поправок на очень малых расстояниях, согласно современной теории, должен вести к гигантским значениям этой массы. Наконец, осталась загадкой природа темной материи.

Исследователь разработал теоретическую модель, которая позволила предсказать массу второго гипотетического бозона Хиггса. В основе концепции лежит идея о том, что бозон Хиггса может быть составной частицей, части которой очень сильно связаны, наподобие того, как кварки сильно связаны внутри протонов и нейтронов.

«Современный уровень согласия теории и эксперимента показывает, что частицы Стандартной модели напрямую не взаимодействуют или почти не взаимодействуют с какими-то другими гипотетическими частицами. Исключение составляет бозон Хиггса, для которого пока нет сильных экспериментальных ограничений. Это указывает на то, что из частиц Стандартной модели второй бозон Хиггса, скорее всего, заметно взаимодействует только с известным бозоном Хиггса, поэтому в образовании масс других элементарных частиц не участвует. Тогда эта частица, по определению, не является бозоном Хиггса. Более интригующий вариант: она действительно бозон Хиггса, но не в нашем "светлом" мире наблюдаемых элементарных частиц, а в "темном" мире ненаблюдаемых частиц темной материи. Тогда, если уж прибегать к популярным метафорам, её, вероятно, было бы точнее называть не второй "частицей Бога", а "частицей антипода Бога". Если она существует и физики научатся экспериментально наблюдать её эффекты, то мы как бы приоткроем портал в мир темной материи, находясь в земной лаборатории», — поясняет Сергей Афонин (см.).

Серия сообщений "Наука (5)":
Часть 1 - Байкал: капсула времени человечества
Часть 2 - Почему токамак - российский бренд. Как водка...
Часть 3 - С.Афонин (СПбГУ) предсказал "тяжелый Хиггс"
Часть 4 - Вселенная без начала и конца?
Часть 5 - В Ереване - про статус проекта SPD ОИЯИ
...
Часть 10 - Прецизионные результаты в мюонной физике
Часть 11 - Всё началось не с Большого взрыва
Часть 12 - Запуск ЦКП СКИФ в эксплуатацию - 2026 год

Новый результат новосибирских учёных в области поиска «Новой физики»

Результаты исследований новосибирских физиков показывают, что вероятность рождения пары пионов в результате столкновения пучков электронов и позитронов выше, чем данные, которые учёные в мире получали последние 60 лет. Эти новые знания связывают с существованием т. н. «Новой физики».

О полученных результатах журналистам рассказали во вторник на конференции, прошедшей в Институте ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН. С 2013 по 2020 г. ученые ИЯФ СО РАН проводили эксперименты с помощью детектора КМД-3 на коллайдере ВЭПП-2000 ("встречные электрон-позитронные пучки с энергией 2000 МэВ", сооружен в начале 2000-х, модернизирован в середине "десятых"). Специалисты измеряли вероятность рождения пары пионов в результате столкновения пучков электронов и позитронов. Эту вероятность используют для расчета вклада в аномальный магнитный момент мюона (АМММ), отражающий силу взаимодействия частицы с магнитным полем. АМММ предсказывается Стандартной моделью, но данные, полученные в экспериментах в течение последних 60 лет, отличаются от предсказанных. Это значит, что могут существовать еще не известные частицы и силы ― «Новая физика».

«Мы не понимаем, почему у нас получился результат, отличающийся от всех предыдущих. Мы уверены в нашем результате, было сделано огромное количество проверок. По моему убеждению, анализ данных, который мы провели, был наиболее тщательный среди всех, которые были сделаны раньше. Это не удивительно ― мы учились на опыте других в том числе. Но и прошлые измерения проводили очень серьезные научные группы. Предстоит еще понять, что отличает наши измерения от всех остальных», ― рассказал И.Б. Логашенко на пресс-конференции.

Опубликовано на портале «Научная Россия» 18.04.2023 

Серия сообщений "Наука (3)":
Часть 1 - XFEL поможет видеть атомарные процессы
Часть 2 - Фундаментальной ядерной физике - развиваться
...
Часть 16 - Наука сближает народы. Даже сейчас
Часть 17 - Starship ("Звёздный корабль") стартует на орбиту
Часть 18 - Долгий путь к уточнению Стандартной модели
Часть 19 - Такого в истории космонавтики ещё не было
Часть 20 - Прорваться за пределы Стандартной модели
...
Часть 46 - Как СССР соперничал с США в лунных программах
Часть 47 - «СКИФ» строится, пора готовить исследователей
Часть 48 - Механизм земной жизни - математически

Серия сообщений "Публикации о С.С. Герштейне":
Часть 1 - Последний отпуск Сахарова
Часть 2 - Друг Билл пожалел, что закрыл SSC
...
Часть 12 - О 90-летии академика Герштейна
Часть 13 - Ушел академик Семен Соломонович Герштейн
Часть 14 - Погасла «Звезда Физтеха»
Часть 15 - Кончина С.С. Герштейна /официальный некролог/

    Наш мир, как матрешка: он состоит из молекул, молекулы — из атомов, атомы — из электронов и   ядер, внутри ядра атома — протоны и нейтроны, а внутри них — кварки и глюоны. Все это   многообразие описывается Стандартной моделью фундаментальных взаимодействий.

  Справка. Владимир Алексеевич Петров — доктор физико-математических наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ, один из наиболее цитируемых российских ученых по версии Scopus, руководитель Отдела теоретической физики в НИЦ «Курчатовский институт» — ИФВЭ.

— На этот счет есть как минимум несколько версий. Одна из простейших заключается в том, что бозон Хиггса — есть один квант этого поля, один тип. Такая гипотеза пока что находится в согласии со всеми экспериментами. Однако те данные о свойствах этого бозона, которыми мы располагаем, не исключают и других возможностей: например, наличия других типов бозонов такого рода, а также того, что, возможно, этот бозон не является элементарной частицей, а составлен из каких-то других более элементарных. Такая возможность вполне всерьез рассматривается, и в этом смысле вопросов еще достаточно много.

   — В 1967-м году наш Институт запустил ускоритель протонов У-70. На   тот момент это был крупнейший ускоритель в мире. Энергия протонного   синхротрона составляла 70 ГэВ (1 ГэВ = 10⁹ электронвольт). Это был   юбилейный год, пятидесятилетие революции. Я не скажу, что   строительство ускорителя подгоняли специально под эту дату, но   открытие его на тот момент пришлось очень кстати. 

— Глюонная связь — основная причина невылетания кварков или это лишь средство?

— Да, есть такое предположение, но я бы не сказал, что оно разделяется большинством ученых. Сторонники гипотезы считают, что в начале рождения Вселенной симметрия могла быть максимальной, но потом она постепенно начала нарушаться и пришла в то состояние, которое мы имеем сейчас. То есть получается, что в каком-то смысле мы были очень идеальные в начале (хотя физически нас с вами там не было), но потом что-то пошло «не так».

Серия сообщений "Наука (2)":
Часть 1 - Как всегда, в конце июня
Часть 2 - Пролить свет на тёмную составляющую
...
Часть 33 - Меморандум Болонкина
Часть 34 - ОИЯИ: горизонт событий
Часть 35 - В.А. Петров напомнил о теории А.А. Логунова
Часть 36 - Нобелиада - 2021
Часть 37 - "КИСИ-Курчатов" повысит свою классность
...
Часть 47 - Строительство СКИФ всё же завершится в 2024
Часть 48 - Трезвый взгляд на грустные перспективы
Часть 49 - Саров протягивает руку Протвино

Серия сообщений "Публикации об В.А.Петрове":
Часть 1 - Предстоит интересный разговор о физике
Часть 2 - Пространство и время в микромире и в космосе
Часть 3 - Выполняя миссию учёного (В.А. Петров)
Часть 4 - В.А. Петров напомнил о теории А.А. Логунова

Результаты, во-первых, вызвали большой интерес и сейчас активно обсуждаются специалистами, а во-вторых, получены они были с активным участием российских физиков - как из ИФВЭ, так и из некоторых   других научных центров нашей страны. Но об этом втором моменте на   семинаре в Батавии не говорили, поскольку в этой нынешней   "физической Мекке" считается само собой разумеющимся, что в   крупных экспериментах задействованы многие сотни ученых из   десятков стран, так что выделять чей-то отдельный вклад не принято -   все делают одно общее дело. Но для наших физиков с учетом   периферического (в смысле финансирования) положения, которое занимает   сейчас отечественная наука, этот момент весьма чувствителен. Так что   рассказ не только о сути дела, но и о вкладе российских ученых будет,   видимо, вполне уместным. 

   Современная физическая картина мира с наибольшей глубиной и достоверностью описывается сейчас так называемой "Стандартной Моделью" - СМ. Согласно ей, всё многообразие природы построено из фиксированного набора фундаментальных частиц: 6 лептонов и их античастиц (6 антилептонов), 6 кварков и соответствующих антикварков, глюонов, фотонов, заряженных W-бозонов, нейтральных Z-бозонов и частиц Хиггса. Окружающее нас вещество состоит из электронов, относящихся к лептонам, и двух видов кварков (обозначаемых индексами "u" и "d" - "верхний" и "нижний"). Из этих кварков составлены протоны и нейтроны, а из них - ядра всех элементов хорошо известной всем Периодической системы Менделеева. Весьма многочисленен класс ядерно-активных мезонов - это так называемые "связанные состояния", составленные из кварка и антикварка, но время их жизни ничтожно мало - не более миллиардных долей секунды.

  Хотя все полученные до настоящего времени экспериментальные данные не противоречат предсказаниям СМ, большинство ученых не считает её "истиной в последней инстанции". Она рассматривается в качестве "низкоэнергетического приближения" к более общей теории, которая, возможно, будет иметь меньшее число фундаментальных частиц и объединит все виды взаимодействий, включая стоящее за рамками СМ гравитационное взаимодействие. Поэтому изучение новых явлений, подтверждающих или, напротив, опровергающих СМ, - другая первоочередная задача физики, прежде всего в исследованиях на современных ускорителях. В том числе и на тэватроне , в котором осуществляются столкновения встречных пучков протонов и антипротонов при энергиях порядка триллиона электрон-вольт (или 1 Тэв, откуда и "тэватрон").

   Здесь в одном из экспериментов под названием "DZero" ("Д-ноль", или "Д0" в русской аббревиатуре) физики взялись за изучение так называемых осцилляций нейтральных Вs-мезонов. Это процесс, в ходе которого происходит самопроизвольный переход Вs-мезона, представляющего собой связанное состояние s-кварка и b-антикварка, в анти-Вs-мезон, составленный из s-антикварка и b-кварка, и затем - наоборот. То есть осцилляции представляют собой череду взаимопревращений материи в антиматерию. Согласно представлениям Стандартной модели, такие переходы возможны только за счет слабого взаимодействия между кварками путем обмена W-бозонами.

    Вообще говоря, осцилляции нейтральных мезонов не являются новым,   неизвестным явлением. Впервые они были исследованы для К-мезонов,   около двадцати лет назад - для Вd-мезонов, состоящих из d-кварков и b-   антикварков, а позднее - и для нейтрино. Но все попытки обнаружить   осцилляции для Вs-мезонов оказались безуспешными.  Основная   трудность здесь состояла в том, что частота этих осцилляций,   предсказываемая на основе косвенных данных по Стандартной модели,   должна превышать 15 триллионов переходов в секунду, что в десятки раз   больше, чем для Вd-мезонов. При этом нужно иметь в виду, что время   жизни самих Вs-мезонов - триллионные доли секунды.

  В первую очередь участники беседы отметили огромный объем работы, проделанной физиками для достижения результата. Достаточно сказать, что за время эксперимента в установке произошло около 100 триллионов протон-антипротонных столкновений, из которых было отобрано всего несколько тысяч событий, важных с точки зрения осцилляции B_s-мезонов. Кропотливый анализ с применением оригинальной методики обработки данных позволил установить, что частота осцилляции с большой вероятностью заключена в диапазоне от 17 до 21 триллиона переходов в секунду. Тем самым получено новое важное подтверждение справедливости СМ.

Согласно первым сообщениям, сами участники эксперимента D0 довольно скромно рассматривают свой результат как первую ласточку , надеясь в ближайшее время значительно улучшить точность измерений. Дело в том, что продолжение опыта представляет исключительный интерес не только с точки зрения проверки СМ и уточнения ее параметров, но, возможно, и для разрешения загадки асимметрии (неравного присутствия) вещества и антивещества во Вселенной. Имеются также заметные шансы на открытие "последнего кирпичика СМ" - частицы Хиггса, что явилось бы настоящим триумфом этой теоретической модели. Так что уже в близком будущем можно ожидать новых интересных сообщений из ФНАЛ.

- Надо сказать, что в этом эксперименте работает крупный интернациональный коллектив физиков из 20 стран мира. Самое большое представительство (не считая, естественно, "хозяев поля" из США) у России - несколько десятков человек. Это не только специалисты из ИФВЭ, здесь также представители дубненского ОИЯИ, московских ИТЭФ и НИИЯФ МГУ, ПИЯФ из Гатчины (Санкт-Петербург). Ими внесен значительный вклад в создание детекторов частиц, которые оказались особенно важными для регистрации осцилляции. Надо иметь в виду, что для этих детекторов помимо их изготовления в России и доставки в США необходимо было также разработать соответствующие программные средства, а затем обеспечить их высокоэффективную работу в эксперименте. Кроме того, была предложена и реализована оригинальная схема обработки и анализа данных, основанная на определении так называемой "функции правдоподобия событий", которая и позволила измерить частоту осцилляции. Так что без всякого преувеличения можно сказать, что именно российские физики (в том числе и работающие ныне за рубежом) в значительной степени определили успех эксперимента.

И, конечно же, нельзя не отметить то, что достижение результата было бы невозможным без эффективной работы всего ускорительного комплекса тэватрона, этой уникальной пока машины для исследований физики частиц.                                   

    Вот на этом месте участники беседы не могли не посетовать по поводу того, что здесь у нас, в Протвино, так и остался незавершенным грандиозный физический проект по сооружению УНК - ускорительно-накопительного комплекса протонов. Как известно, проект начал осуществляться в середине 1980-х годов, но результатом вложения около миллиарда полновесных советских рублей стал лишь гигантский подземный кольцевой тоннель длиной 21 км. Нечто подобное близится сейчас к завершению в Женеве, а ведь, согласно планам, наши ученые могли бы приступить к подобным исследованиям еще в конце 1990-х! Но на создание ускорителя у переходящей на рыночные рельсы страны средств не нашлось.

Так что, вложенный буквально в землю миллиард так и останется невостребованным?

Академик С. Герштейн по этому поводу заметил, что протвинский тоннель - уникальное инженерно-техническое сооружение, он даже превосходит женевский, поскольку имеет сечение в полтора раза больше, а значит - и больше возможностей для реализации ускорительных проектов будущего.

Эту же мысль развил профессор А. Лиходед. Он заметил, что коллайдер LHC стоимостью в 7 миллиардов евро через пару лет уже будет работать, а это значит, что мировой центр физики высоких энергий переместится именно туда, в Западную Европу. И вновь российским физикам придется осуществлять свои замыслы на зарубежных установках. А ведь создание своего ускорителя в уже готовом тоннеле (кстати, его сооружение стоило бы сейчас раз в 10 дороже) могло бы стать для нашей страны, по-прежнему претендующей на статус мировой державы, вполне достойным национальным проектом. Вновь активно заработали бы отечественные научные школы и вновь потянулись бы к нам коллеги из зарубежных лабораторий...

Серия сообщений "Публикации об отдельных учёных ":
Часть 1 - Адо: будущие ускорители у нас и за рубежом
Часть 2 - О физике на УНК и первом выдвижении в РАН
...
Часть 47 - Откровенное интервью Леонида Ландсберга
Часть 48 - 120 лет со дня рождения физика Юлия Харитона
Часть 49 - «Последние кирпичики» в Стандартную модель
Часть 50 - Профессор Тепляков - кавалер ордена Славы

Серия сообщений "Публикации о С.П. Денисове":
Часть 1 - БАРС - охотник за нейтрино
Часть 2 - АТЛАС - детище конверсии
...
Часть 4 - Два новых академика ИФВЭ
Часть 5 - К 80-летию академика Сергея Денисова
Часть 6 - «Последние кирпичики» в Стандартную модель
Часть 7 - Учёному ИФВЭ присуждена золотая медаль РАН

    Наш мир, как матрешка: он состоит из молекул, молекулы — из атомов, атомы — из электронов и   ядер, внутри ядра атома — протоны и нейтроны, а внутри них — кварки и глюоны. Все это   многообразие описывается Стандартной моделью фундаментальных взаимодействий.

  Справка. Владимир Алексеевич Петров — доктор физико-математических наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ, один из наиболее цитируемых российских ученых по версии Scopus, руководитель Отдела теоретической физики в НИЦ «Курчатовский институт» — ИФВЭ.

— На этот счет есть как минимум несколько версий. Одна из простейших заключается в том, что бозон Хиггса — есть один квант этого поля, один тип. Такая гипотеза пока что находится в согласии со всеми экспериментами. Однако те данные о свойствах этого бозона, которыми мы располагаем, не исключают и других возможностей: например, наличия других типов бозонов такого рода, а также того, что, возможно, этот бозон не является элементарной частицей, а составлен из каких-то других более элементарных. Такая возможность вполне всерьез рассматривается, и в этом смысле вопросов еще достаточно много.

   — В 1967-м году наш Институт запустил ускоритель протонов У-70. На   тот момент это был крупнейший ускоритель в мире. Энергия протонного   синхротрона составляла 70 ГэВ (1 ГэВ = 10⁹ электронвольт). Это был   юбилейный год, пятидесятилетие революции. Я не скажу, что   строительство ускорителя подгоняли специально под эту дату, но   открытие его на тот момент пришлось очень кстати. 

— Глюонная связь — основная причина невылетания кварков или это лишь средство?

— Да, есть такое предположение, но я бы не сказал, что оно разделяется большинством ученых. Сторонники гипотезы считают, что в начале рождения Вселенной симметрия могла быть максимальной, но потом она постепенно начала нарушаться и пришла в то состояние, которое мы имеем сейчас. То есть получается, что в каком-то смысле мы были очень идеальные в начале (хотя физически нас с вами там не было), но потом что-то пошло «не так».

Серия сообщений "Наука (2)":
Часть 1 - Как всегда, в конце июня
Часть 2 - Пролить свет на тёмную составляющую
...
Часть 33 - Меморандум Болонкина
Часть 34 - ОИЯИ: горизонт событий
Часть 35 - В.А. Петров напомнил о теории А.А. Логунова
Часть 36 - Нобелиада - 2021
Часть 37 - "КИСИ-Курчатов" повысит свою классность
...
Часть 47 - Строительство СКИФ всё же завершится в 2024
Часть 48 - Трезвый взгляд на грустные перспективы
Часть 49 - Саров протягивает руку Протвино

Серия сообщений "Публикации об В.А.Петрове":
Часть 1 - Предстоит интересный разговор о физике
Часть 2 - Пространство и время в микромире и в космосе
Часть 3 - Выполняя миссию учёного (В.А. Петров)
Часть 4 - В.А. Петров напомнил о теории А.А. Логунова

Публикуется из архива автора

В Институте физики высоких энергий умеют "делать" антивещество, управлять пучками частиц,  и многое другое...

Государственный научный центр РФ "Институт физики высоких энергий", расположенный в 40-тысячном научном городке Протвино (близ Серпухова), весьма заметен не только в отечественной фундаментальной физической науке. Общая численность работающих в ИФВЭ сегодня около трех с половиной тысяч человек, а его научный потенциал составляют академик и три члена-корреспондента РАН, более 60 докторов наук и свыше 250 кандидатов наук. Институт создавался в девственном уголке южного Подмосковья (на месте будущего наукограда не было даже деревеньки) около 40 лет назад. Одновременно велось строительство полуторакилометрового протонного синхротрона на энергию 70 миллиардов ГэВ (миллиардов электрон-вольт). Этот ускоритель, получивший название У-70, после ввода в эксплуатацию в 1967 году некоторое время являлся крупнейшим в мире, а ныне, оставаясь крупнейшим в России, входит в передовую мировую "пятерку".       В активе протвинских ученых такие всемирно признанные научные результаты, как первое экспериментальное обнаружение ядер антивещества (антигелия и антитрития), экспериментальное подтверждение гипотезы о составном строении протонов из кварков, установление ряда важных закономерностей во взаимодействиях внутриатомных и внутриядерных частиц при высоких энергиях, открытие ряда новых частиц с новыми свойствами. Над чем работают ученые Протвино сегодня?      Некоторое время назад ведущие мировые агентства распространили информацию о том, что физики БНЛ (Брукхэйвенской национальной лаборатории, г. Аптон, штат Нью-Йорк, США) обнаружили признаки существования нового вида внутриатомных частиц - так называемого экзотического мезона.      По общепринятой у физиков теоретической Стандартной Модели (СМ), существующей уже три десятилетия, основными "базисными" частицами в микромире являются так называемые кварки. Тройки кварков составляют считавшиеся ранее элементарными протоны и нейтроны (имеющие общее название "адроны"), а другие внутриатомные частицы, называющиеся мезонами, составлены из пар "кварк-антикварк". Кварки взаимодействуют между собой при помощи "посредников", так называемых глюонов, которые как бы "склеивают" кварки в адроны, не позволяя им разлетаться. СМ допускает возможность существования частиц, состоящих из одних глюонов (это так называемые глюболы), а также своего рода "гибридов", составленных из кварков и глюонов.     Экспериментальное обнаружение таких "экзотических" частиц помогло бы разобраться в теоретических сложностях проблемы "неразлетания кварков" - почему кварки проявляют себя только в комбинациях, а не в чистом виде. Но наблюдать эту "экзотику" чрезвычайно сложно, так как рождается она крайне редко, и время ее существования ничтожно мало.      "В этом смысле, физикам БНЛ удалось набрать неплохую статистику на своем далеко не самом мощном ускорителе, который можно назвать предшественником протвинского синхротрона, - комментирует результаты экспериментов в БНЛ главный научный сотрудник ГНЦ ИФВЭ, член-корреспондент РАН Семен Герштейн. - Но в связи с вышеуказанными сообщениями хотел бы заметить, что у нас в Протвино на ускорителе У-70 уже давно ведутся сходные исследования по поиску "экзотических" частиц. Несколько ранее Брукхэйвена в ГНЦ ИФВЭ были получены результаты, указывающие на существование частиц, экзотических по своим свойствам и подходящих в качестве кандидатов в глюболы и гибриды. Эти данные были своевременно опубликованы и получили признание в научном мире".      А вот мнение еще одного эксперта - профессора Александра Зайцева: "Это даже хорошо, что наши данные подтверждены в БНЛ. Американские коллеги дали надлежащую ссылку на нашу работу, так что в данном случае к ним нет претензий. Что же касается сообщений информагентств, то необходимо признать, что они слегка опередили события. Реальная картина явлений в этой области вырисовывается несравненно интереснее и содержательнее. Мы продолжаем и будем продолжать эту работу в тесном взаимодействии с коллегами из БНЛ и других западных и отечественных коллективов".      На фоне активного международного сотрудничества в области физики высоких энергий весьма остро стоит вопрос об обновлении отечественной экспериментальной базы. Поскольку создание нового сверхмощного ускорителя в Протвино в уже построенном 21-километровом подземном кольцевом тоннеле по финансовым причинам приостановлено, первостепенной и поистине государственной для ГНЦ ИФВЭ является задача сохранения в ряду действующих мировых "гигантов" 30-летнего "ветерана" - ускорителя У-70. Для выполнения этой задачи ускоритель должен, во-первых, работать, а во-вторых - модернизироваться под физические задачи сегодняшнего дня. Такая работа ведется. И, более того, в ГНЦ ИФВЭ продолжаются пионерские разработки новых экспериментальных методик, позволяющих более эффективно использовать пучки частиц высоких энергий.      Так, в ГНЦ ИФВЭ был реализован новый метод управления пучками частиц высокой энергии с помощью изогнутых кристаллов кремния. Эти миниатюрные устройства фактически приходят на замену сложным и громоздким электромагнитам, без которых ранее не мыслилось "пучковое хозяйство" всех современных ускорителей.      Еще в 60-е годы с помощью компьютерного моделирования была подтверждена возможность осуществления своеобразного "режима каналирования" частиц в межплоскостном пространстве кристалла (в кристалле кремния, например, при расстоянии между плоскостями расположения атомов около двух ангстрем, напряженность электрического поля достигает величин порядка миллиарда (!) вольт на сантиметр). Расчеты показали, что с помощью сверхсильных электрических полей внутри кристалла можно управлять движением пучков заряженных частиц.      Эти предложения были блестяще реализованы в Протвино руководителем отдела пучков ГНЦ ИФВЭ профессором Владиленом Котовым с сотрудниками. В течение ряда последних лет на ускорителе У-70 реально работает станция деления выведенного протонного пучка на изогнутом кристалле, позволяющая "разделять" пучок и проводить физические исследования одновременно на двух установках.      В 1996 году восемь российских физиков были удостоены Государственной премии РФ в области науки и техники за работу "Создание новых методов управления пучками частиц высоких энергий и их реализация".      "Вначале использование кристаллов казалось проблематичным из-за довольно низкой эффективности вывода частиц, в первых экспериментах составлявшей лишь доли процента от интенсивности пучка, - рассказывает руководитель службы вывода пучков ИФВЭ Александр Афонин. - Тем не менее возможность применения кристаллов для вывода частиц из больших современных ускорителей исследовалась в ЦЕРНе, где был осуществлен вывод протонов с энергией 450 ГэВ, и во ФНАЛ, где кристаллом выводились протоны с энергией 900 ГэВ. Однако только на нашем ускорителе удалось получить самую высокую на сегодня величину эффективности вывода (до 50 %) и выводить до 6х1011 протонов в цикле ускорителя".      Специалистами ИФВЭ были созданы новые кристаллы, разработаны станции с прецизионными механизмами управления. Достаточно сказать, что точность установки пластинки кристалла по углу составила 13 микрорадиан, а по координате - 0,1 мм. Серию испытаний завершил сеанс 1999 года, в течение которого одна из важнейших экспериментальных установок института - КМН (комплекс меченых нейтрино) отработала с каналированным пучком 653 часа. Кристалл успешно выдержал огромные радиационные, тепловые и механические перегрузки и полностью обеспечил требования физиков. Сейчас планируется уменьшить длину кристалла до 1-1,5 мм, разработать новые схемы вывода протонов в соответствии с пожеланиями экспериментаторов, а также проработать схему вывода ускоренных ионов углерода, согласно проекту ускорительно - облучательного центра для медицинских целей.      Но есть проблема отнюдь не научного свойства, ставящая под сомнение перспективы не только выполнения задумок ученых, но и самого существования ГНЦ ИФВЭ. В текущем году институту предъявлены существенные штрафные санкции по долгам за использованные энергоресурсы, сопоставимые по размеру с бюджетным финансированием всей научной программы. Парадокс ситуации заключается в том, что сам Институт задолженностей не имеет, но поскольку энергетическое производство ИФВЭ снабжает теплом и светом весь жилой поселок и все иные предприятия и организации города, то за их долги расплачиваться надо "научными" деньгами.      Директор ГНЦ ИФВЭ академик Анатолий Логунов обратился за помощью в правительство РФ, последовала положительная реакция вице-премьера Ильи Клебанова, но ситуация пока не выправляется. И вот недавно Анатолий Алексеевич был вынужден обратиться с письмом на эту тему лично к президенту России... Опубликовано: “Независимая газета” -  20 сентября 2000 г.

Серия сообщений "ИФВЭ":

У ИФВЭ есть и свой сайт. См.

Часть 1 - Конференция ТК: решения наконец-то приняты
Часть 2 - Сотрудничество с ЦЕРН крепнет
...
Часть 17 - Теоретики вновь в Протвино
Часть 18 - В черных дырах надобности нет
Часть 19 - Охота за "экзотическими" частицами
Часть 20 - «Хрустальный глобус» - 2001 от интеллект-клуба
Часть 21 - Физики, будьте бдительны...
...
Часть 48 - Ускорительщики обсудили "статус-кво"
Часть 49 - Проекты ИФВЭ на 2-м иннофоруме Росатома
Часть 50 - Город Протвино /исторический очерк/

- Прежде всего, я должен с удов­летворением отметить тот факт, что наш институт снова вышел на регулярное проведение двух больших сеансов в год. Это очень важно, это соз­дает рабочий ритм и держит все под­разделения ИФВЭ в хорошей форме.

Сейчас имеются две возможности попасть в этот новый мир.(схема СМ добавлена много позже) 

-  Уверен, что и опыты по адронной спектроскопии, и поиски экзотических  состояний,  и  изучение  редких процессов с К-мезонами - это та область исследований,  для которых наш ускоритель хорошо приспособлен, и можно, и важно их здесь проводить.

Серия сообщений "Публикации об отдельных учёных ":
Часть 1 - Адо: будущие ускорители у нас и за рубежом
Часть 2 - О физике на УНК и первом выдвижении в РАН
...
Часть 21 - К 100-й годовщине со дня рождения Б.К. Шембеля
Часть 22 - Л.М.Севрюкова стала профессором
Часть 23 - В новом направлении (интервью Л.Г. Ландсберга)
Часть 24 - Физикам нужен бозон Хиггса
Часть 25 - 100 лет со дя рождения академика Харитона
...
Часть 48 - 120 лет со дня рождения физика Юлия Харитона
Часть 49 - «Последние кирпичики» в Стандартную модель
Часть 50 - Профессор Тепляков - кавалер ордена Славы

Серия сообщений "Совещания, конференции по ФВЭ и ускорителям":
Часть 1 - XIV Международный семинар теоретиков
Часть 2 - Семинар закончен. Работа продолжается.
...
Часть 11 - «Правительство по ускорителям» в Протвино
Часть 12 - Атлант Васильев: сохранить и передать
Часть 13 - Симпозиум по спиновой физике
Часть 14 - 22-й форум теоретиков в Протвино
Часть 15 - Семь нот для физики высоких энергий
...
Часть 35 - Прошла Конференция ускорительщиков RuPAC'23
Часть 36 - XXXVI Международный семинар по ФВЭ
Часть 37 - ОИЯИ нуждается в притоке инженеров и рабочих

 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. 
    – 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/

    В начале июля в подмосковном Протвино (близ Серпухова) состоялся традиционный, уже 26-й по счету, Международный семинар по фундаментальным проблемам физики высоких энергий и теории поля. Несколько десятков учёных , преимущественно из России (Москва, Протвино, Санкт-Петербург), а также из Англии, Франции и США, в течение 3 дней говорили «о сокровенном».

На фото: группа участников и гостей семинара (журналистов).

Ещё бы! В силу объявленной на сей раз тематики семинара («пространственно-временные структуры в микро- и макрокосмосе») собравшиеся теоретики изящно оперировали понятиями, выходящими далеко за рамки наших обыденных представлений о пространстве и времени....

Не случайно в своих комментариях к происходящему один из «хозяев поля», заместитель начальника теоретического отдела ГНЦ ИФВЭ профессор Владимир Петров заметил, что физики сегодня подходят к пониманию того, что даже бывшие уделом писателей-фантастов представления о "путешествиях во времени" не так уж беспочвенны. Что интересно - усложнение представлений о сокрытых пока тайнах мироздания происходит не вопреки, а благодаря попыткам учёных «навести порядок» в накопленных экспериментальных результатах и теоретических разработках.

Попробуем и мы в этом разобраться – только без высшей математики и прочих сложностей. Главный нерешённый пока вопрос современной физики внутиатомных частиц (раньше их называли «элементарными»), как, впрочем, и необъятной космологии – существует ли на самом деле теоретически предсказанная ещё в 1964 году шотландским физиком Питером Хиггсом некая частица, называемая сейчас в честь своего автора «бозоном Хиггса». И этот вопрос - не праздное любопытство.
Дело в том, что практически общепринятая в современной мировой физике т.н. «Стандартная модель» (СМ) всего сущего - от субатомных частиц до Вселенной, страдает одним-единственным крупным изъяном. А именно отсутствием экспериментального подтверждения существования этого самого бозона. А без него – никак, ибо в рамках СМ именно «на Хиггса» возложена ответственная роль объяснения наличия или отсутствия такого важного свойства частиц (и не только частиц), как масса. Видимо, не зря популярная телереклама без устали вопрошает: «Сколько вешать граммов?»
Большинство описанных в СМ частиц (кварки, лептоны, адроны) имеют массу, а вот фотоны массой не обладают. До сих пор основные вводимые в СМ понятия и частицы по мере строительства ускорителей и развития физики высоких энергий получали одно за другим замечательные экспериментальные подтверждения (а их авторы – Нобелевские премии), а вот поиски бозона Хиггса по-прежнему безрезультатны. То ли энергии ускорителей пока не хватает, то ли Хиггс все-таки ошибся - неясно. А это значит – вместо СМ физики в конце концов могут принять и иную теоретическую модель «объяснения всего», если только такая модель включит в себя все накопленные экспериментальные данные и объяснит наконец загадку происхождения массы частиц доказательным путём.

И альтернативные теории разрабатываются, в том числе и с возникновением всякого рода «экзотики» типа множественных Вселенных в пространстве многих измерений…
Впрочем, физики-экспериментаторы уже «на подходе к Хиггсу». Более того, пару лет назад одна из исследовательских групп ЦЕРНа (Европейской организации по ядерным исследованиям, Женева, Швейцария) даже было объявила об обнаружении следов присутствия хиггсова бозона при обработке последних измерений на 27-километровом ускорителе LEP (электрон-позитронном коллайдере), но затем эта «заявка на Нобель» была снята с рассмотрения.

 Проверить сей факт новыми измерениями уже было нельзя, так как LEP закончил свою трудовую биографию: международное сообщество физиков решило установить в этом уникальном кольцевом тоннеле, пересекающем франко-швейцарскую границу, новое физическое оборудование для ускорения не электронов, а протонов, то есть гораздо более тяжёлых частиц. Это будет уже не LEP, а LHC - большой адронный коллайдер, и он выведет физику высоких энергий на совершенно новые рубежи. Работы по этому крупнейшему научному проекту начала 21-го века ведутся с активным участием российских физиков, в том числе из Протвино, где делают целый ряд элементов ускорительной структуры, а также экспериментальных детекторных установок. Коллайдер заработает, видимо, только к концу текущего десятилетия – вот тогда поиски бозона Хиггса и возобновятся с новой силой.

А теоретическая мысль, как показал этот семинар в Протвино, привычно воспаряет во все новые и новые дали. В этом и состоит суть научного поиска, без которого немыслим дальнейший прогресс человеческой цивилизации.

Опубликовано: "Известия" - 19 июля 2003 г.

/Более полный вариант текста опубликован в газете ИФВЭ "Ускоритель"  - 20 августа 2003/

Серия сообщений "Письма в "Известия"":
Часть 1 - Приехать и оскорбить президента
Часть 2 - Двенадцатый чемодан
...
Часть 14 - О Минатоме и «чёрных дырах»
Часть 15 - Унесённые ветром
Часть 16 - Физикам нужен бозон Хиггса
Часть 17 - Глас вопиющего
Часть 18 - Масло пролито...
...
Часть 43 - 22 апреля: Тело и Дело
Часть 44 - На дне. В годовщину "Курска"
Часть 45 - Путч-91. Грех беспамятства

Серия сообщений "Совещания, конференции по ФВЭ и ускорителям":
Часть 1 - XIV Международный семинар теоретиков
Часть 2 - Семинар закончен. Работа продолжается.
...
Часть 18 - Вглубь ядра - всем миром
Часть 19 - Как всегда, в конце июня
Часть 20 - Физикам нужен бозон Хиггса
Часть 21 - Теоретики заглядывают в будущее
Часть 22 - О "чёрных дырах" в космосе и на Земле
...
Часть 35 - Прошла Конференция ускорительщиков RuPAC'23
Часть 36 - XXXVI Международный семинар по ФВЭ
Часть 37 - ОИЯИ нуждается в притоке инженеров и рабочих

    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 в нашей беседе, не прибегая к сложным формулам, главный научный сотрудник ИФВЭ академик Семён Соломонович Герштейн.

 — 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 малую часть  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…

Опубликовно: журнал "Росэнергоатом", №12, 2003 г.

 КАЖЕТСЯ, НАЙДЕНЫ ДЕТАЛИ КВАРКА

В апреле позапрошлого года группа экс­периментаторов из Национальной Ускори­тельной лаборатории имени Ферми (США) официально сообщила об откры­тии шестого, так называемою топ-кварка. Последний кварк был обнаружен в серии эксперимен­тов, проделанных на протон-антипротонном коллайдере (ускорителе на встречных пучках}«Тэватрон». Кварки, согласно современной физи­ческой теории, — не просто еще одна груп­па элементарных частиц. Это «истинные» эле­ментарные частицы, не имеющие структуры, первооснова материи.

Однако уже спустя год появились предпо­ложения, что данные этого эксперимента (называемого для краткости CDF) можно ин­терпретировать и по-другому. В них, возможно, содержится намек на новый тип поведе­ния частиц, на существование еще более глу­бокого состава микроструктуры Вселенной.

В экспериментах на Тэватроне изучались осколки ядер, образующиеся при столкно­вениях протонов и антипротонов с энерги­ей до 900 ГэВ (гигаэлектрон-вольт — 10⁹ эВ} — наиболее высокой из достигнутых в на­стоящее время. Ключом к разгадке таин­ственного кварк-глюонного механизма взаимодействия сталкивающихся протонов и их античастиц стали так называемые «струи»  - потоки ядерных осколков, вылетающих при лобовых столкновениях кварков и глюонов. Изучив скорости «струйных» продуктов ре­акции и сравнив результаты с предсказани­ями теории, исследователи обнаружили ска­чок энергии в струях, летящих перпендику­лярно направлению сталкивающихся пучков частиц и античастиц (см. Рис. 1). Эти данные были по­лучены на Тэватроне в 1992 - 1993 годах при обработке свыше тысячи событий, а деталь­ное исследование результатов длится и поныне.

При очень интенсивном взаимодействии соударяющиеся частицы как бы глубоко проникают друг в друга. Обнаруженный скачок энергии в поперечных струях может быть признаком участия в реакции чего-то мень­шего, чем даже кварки и глюоны. Согласно общепринятой сегодня «Стандартной моде­ли», Вселенная вокруг нас построена на ос­нове только шести типов кварков и шести типов лептонов (к которым относятся элек­троны, мюоны и нейтрино), а все остальное представляет собой их комбинации. Экспериментально установлено, что эти осново­полагающие частицы имеют размеры мень­ше, чем 10^-17 сантиметров, или в десять ты­сяч раз меньше, чем, скажем, протон. Так вот, если кварки и лептопы не окажутся пре­дельно малыми «кирпичиками» Природы, основы Стандартной модели потерпят крах, её предсказания не будут больше работать и по­требуется новая теория.

Эксперименты, проделанные на коллайдере фермиевской ла­боратории (США), показали ин­тересные результаты. При встречном столкновении пуч­ков протонов и антипротонов часть осколков — продуктов реакции — вылетала в перпен­дикулярном направлении. В об­ласти сравнительно низких энергий (до 200 ГэВ) наблюда­лось хорошее согласие как с те­орией, так и с результатами других экспериментов. Но с ро­стом энергии осколков обнару­жилось все возрастающее рас­хождение (крупные точки на графике; вертикальные линии отмечают величину экспери­ментальной ошибки). Энергия осколков оказалась значитель­но выше ожидаемой, Причиной этого, по мнению исследовате­лей, может быть сложное строение кварков, которые «Стандартная модель» строе­ния вещества считает струк­туры не имеющими.

Однако такой вывод считать окончатель­ным еще рано. Теоретические предсказания чрезвычайно трудны для условий экспери­ментов на Тэватроне. Они могут не только похоронить стандартную модель, но и примирить её со «струйным скачком», если, конечно, не будет нарушено согласие и с дру­гими экспериментами. Одним из таких предсказаний может быть предположение, что кварки и глюоны ведут себя как некие составные частицы, имеющие внутреннюю структуру. Но эти же результаты можно истолковать и по-другому. Не исключено, что экспериментаторы впервые наблюдали проявление какой-то другой формы взаимодействия, которая возникает только в специаль­ных условиях и дополняет обычную кварк - глюонную физику.

Шерлок Холмс всегда был склонен считать: если две собаки ночью лают одновременно, это взаимосвязано. В прошлом году экспе­рименты на главном электрон-позитронном коллайдере ЦЕРНа (Женева) и на линейном ускорителе электронов в Стэнфорде (США) выявили аномалии в выходе частиц, содер­жащих тяжелые кварки. Эти факты тоже были восприняты как свидетельство возмож­ной недоработки стандартной модели.

Сопоставляя этот «лай» из Женевы и из Стэнфорда, две группы европейских теоре­тиков предположили существование некой дополнительной Z-частицы, переносящей еще одно взаимодействие. Она могла бы допол­нить стандартную модель в качестве элект­рически нейтральной компоненты слабых ядерных сил. Предполагается, что Z-частица имеет массу около 800 ГэВ и предпочитает связывать кварки, а не лептоны. Авторы это­го предположения считают, что именно та­кие тяжелые «адронпые» и «лептонпые» Z-частицы могут объяснить все аномалии как протон-антипротонных, так и электрон -      позитронных взаимодействий.

Известный теоретик, главный научный сотрудник Института физики высоких энер­гий профессор Борис Андреевич Арбузов, комментируя сообщение американских кол­лег, сказал:

«Результаты фермиевской группы действи­тельно вызывают очень большой интерес. Вместе с тем нужно отметить, что другая группа исследователей, работавшая на том же Тэватроне в рамках другого эксперимен­та, их не подтвердила. Кроме того, возмож­ны дальнейшие уточнения теоретического объяснения механизма рождения струй и в рамках Стандартной модели. То есть эффект, о котором идет речь, требует дальнейшего изучения. Если он подтвердится, это будет означать, что при масштабе энергий в не­сколько тераэлектронвольт (ТэВ, тысяч ГэВ — 10¹² эВ) происходят новые физические яв­ления. Они действительно могут быть связа­ны либо с тем, что кварки имеют сложное строение, либо с существованием дополни­тельного промежуточного Z-бозона. Впрочем, круг пока неизвестных физических эффек­тов, способных объяснить избыток попереч­ных струй высокой энергии, значительно шире. Нужны новые исследования».

К этому можно добавить только слова со­жаления о том, что выйти на требуемый уро­вень энергий в несколько тераэлектронвольт отечественным физикам удастся не скоро. Проводимая в России экономическая рефор­ма оказалась особенно суровой по отноше­нию к фундаментальной науке вообще и к затянувшемуся строительству нового уско­рительно -накопительного комплекса (УНК) Института физики высоких энергий в Про­твино — в частности.

 Опубликовано: "Наука и жизнь", №8, 1996 г.

    Согласно сообщениям агентств Reuter и Associated Press от 1 сентября, исследователи Брукхэйвенской национальной лаборатории - БНЛ (г. Аптон, штат Нью-Йорк, США) обнаружили признаки существования внутриатомной частицы нового вида - так называемого "экзотического мезона". Если это открытие подтвердится, то будет на новом уровне доказана справедливость современной физической теории глубинного строения вещества.

   В соответствии с общепринятой теоретической Стандартной моделью, созданной около 30 лет назад, "базисными" частицами в микромире служат "кварки". Тройки кварков составляют считавшиеся ранее элементарными протоны и нейтроны (имеющие общее название "адроны"). Другие внутриатомные частицы, называющиеся мезонами, составлены из пар "кварк-антикварк" (см. "Наука и жизнь" № 8, 1994 г.). Кварки взаимодействуют между собой при помощи "посредников", так называемых глюонов, которые как бы склеивают кварки в адроны, не позволяя им разлетаться. Стандартная модель предсказывает возможность существования и частиц - глюболов, состоящих из одних глюонов, а также "гибридов", составленных из кварков и глюонов.   

   Экспериментальное обнаружение таких экзотических частиц помогло бы разобраться в теоретических сложностях уже давно сформулированной проблемы: почему кварки проявляют себя не в чистом виде, не индивидуально, а только в комбинациях. Но наблюдать всю эту кварковую и глюонную экзотику чрезвычайно сложно, так как даже на мощных ускорителях рождается она крайне редко, и время ее существования ничтожно мало.

   Но вот объявлено, что в результате пятилетних исследований на ускорителе БНЛ найдены следы неуловимого "гибрида". Эксперимент, известный по международной классификации как "Е-852", заключался в бомбардировке жидководородной мишени пучком пи-мезонов с энергией около 18 ГэВ (миллиардов электрон-вольт). Вторичные частицы, рождающиеся в столкновениях, фиксировались с помощью спектрометра, а результаты измерений обрабатывались на ЭВМ по алгоритмам, нацеленным именно на выявление "экзотики". По сообщению группы исследователей, занятых в эксперименте, в 500 случаях из отобранных 40 тысяч событий есть указания на присутствие экзотического мезона, составленного из четырех кварков, а также, возможно, из комбинации двух кварков и глюона. Результаты эксперимента были оперативно опубликованы в журнале Physical Review Letters.

   Сходные исследования по поиску "экзотических" частиц давно ведутся и в Государственном научном центре "Институт физики высоких энергий" в подмосковном Протвино. Еще несколько лет назад физиками ИФВЭ были обнаружены экзотические по своим свойствам частицы, кандидаты в глюболы и гибриды. Доктор физико – математических наук профессор А. М. Зайцев, возглавляющий одно из исследовательских подразделений института, считает, что результат американских физиков, при всей его незаурядности, все же вторичен.

Протонный синхротрон У-70 (Протвино), запущенный 14 октября 1967 года, сегодня может прекратить работу из-за нехватки средств на научные исследования.

В аналогичных исследованиях, проведенных на отечественном ускорителе У-70 в начале 90-х годов на установке ВЕС ("вершинный спектрометр"), получены аналогичные признаки существования комбинации "кварк-антикварк-глюон". Эти данные были опубликованы в европейском журнале Physics Letters еще в 1993 году, они хорошо известны зарубежным физикам, тем более что в эксперименте Е-852 работали и наши исследователи.

   Сообщение в Physical Review Letters фактически содержит ссылку на эту работу, так что для внимательного читателя вопроса о приоритете нет, да он и не поднимается. Хорошо, что отечественные данные подтверждены, но путь к настоящему открытию "гибрида" еще далеко не пройден, нужны более глубокие исследования и анализы. Более того, этот путь можно было пройти гораздо быстрее и успешнее, если бы продолжалась работа на нашем собственном ускорителе, располагающем более совершенной, чем у американцев, экспериментальной базой. Но сегодня у отечественной физики высоких энергий возможности далеко уже не те, что были, хотя наши интеллектуальные силы вполне конкурентоспособны и с успехом реализуются за рубежом.

   В распоряжении российских исследователей по-прежнему остается один из лучших ускорителей мира - полуторакилометровый протонный синхротрон Института физики высоких энергий У-70 на энергию 70 Гэв с разветвленной экспериментальной базой. Но ускорителю 14 октября исполнилось уже 30 лет, и он требует модернизации ряда систем. Ускоритель нового поколения начали строить в 1983 году, подземный тоннель длиной 21 километр давно прорыт, оборудование на 70 процентов готово, но работы идут очень медленно (см. "Наука и жизнь" № 4, 1995 г.). Резко вздорожавшие тарифы на электроэнергию фактически убивают научную программу У-70. Из средств, отпущенных федеральным бюджетом на фундаментальные исследования в области физики высоких энергий, львиная доля достается распорядителям энергоресурсов, а собственно на науку идет лишь малая часть денег. И нет ничего удивительного в том, что приоритетные работы наших исследователей продолжаются лишь за рубежом.  

Опубликовано: "Наука и жизнь”  № 11,  ноябрь 1997 г. 

Результаты, во-первых, вызвали большой интерес и сейчас активно обсуждаются специалистами, а во-вторых, получены они были с активным участием российских физиков - как из ИФВЭ, так и из некоторых   других научных центров нашей страны. Но об этом втором моменте на   семинаре в Батавии не говорили, поскольку в этой нынешней   "физической Мекке" считается само собой разумеющимся, что в   крупных экспериментах задействованы многие сотни ученых из   десятков стран, так что выделять чей-то отдельный вклад не принято -   все делают одно общее дело. Но для наших физиков с учетом   периферического (в смысле финансирования) положения, которое занимает   сейчас отечественная наука, этот момент весьма чувствителен. Так что   рассказ не только о сути дела, но и о вкладе российских ученых будет,   видимо, вполне уместным. 

   Современная физическая картина мира с наибольшей глубиной и достоверностью описывается сейчас так называемой "Стандартной Моделью" - СМ. Согласно ей, всё многообразие природы построено из фиксированного набора фундаментальных частиц: 6 лептонов и их античастиц (6 антилептонов), 6 кварков и соответствующих антикварков, глюонов, фотонов, заряженных W-бозонов, нейтральных Z-бозонов и частиц Хиггса. Окружающее нас вещество состоит из электронов, относящихся к лептонам, и двух видов кварков (обозначаемых индексами "u" и "d" - "верхний" и "нижний"). Из этих кварков составлены протоны и нейтроны, а из них - ядра всех элементов хорошо известной всем Периодической системы Менделеева. Весьма многочисленен класс ядерно-активных мезонов - это так называемые "связанные состояния", составленные из кварка и антикварка, но время их жизни ничтожно мало - не более миллиардных долей секунды.

  Хотя все полученные до настоящего времени экспериментальные данные не противоречат предсказаниям СМ, большинство ученых не считает её "истиной в последней инстанции". Она рассматривается в качестве "низкоэнергетического приближения" к более общей теории, которая, возможно, будет иметь меньшее число фундаментальных частиц и объединит все виды взаимодействий, включая стоящее за рамками СМ гравитационное взаимодействие. Поэтому изучение новых явлений, подтверждающих или, напротив, опровергающих СМ, - другая первоочередная задача физики, прежде всего в исследованиях на современных ускорителях. В том числе и на тэватроне , в котором осуществляются столкновения встречных пучков протонов и антипротонов при энергиях порядка триллиона электрон-вольт (или 1 Тэв, откуда и "тэватрон").

   Здесь в одном из экспериментов под названием "DZero" ("Д-ноль", или "Д0" в русской аббревиатуре) физики взялись за изучение так называемых осцилляций нейтральных Вs-мезонов. Это процесс, в ходе которого происходит самопроизвольный переход Вs-мезона, представляющего собой связанное состояние s-кварка и b-антикварка, в анти-Вs-мезон, составленный из s-антикварка и b-кварка, и затем - наоборот. То есть осцилляции представляют собой череду взаимопревращений материи в антиматерию. Согласно представлениям Стандартной модели, такие переходы возможны только за счет слабого взаимодействия между кварками путем обмена W-бозонами.

    Вообще говоря, осцилляции нейтральных мезонов не являются новым,   неизвестным явлением. Впервые они были исследованы для К-мезонов,   около двадцати лет назад - для Вd-мезонов, состоящих из d-кварков и b-   антикварков, а позднее - и для нейтрино. Но все попытки обнаружить   осцилляции для Вs-мезонов оказались безуспешными.  Основная   трудность здесь состояла в том, что частота этих осцилляций,   предсказываемая на основе косвенных данных по Стандартной модели,   должна превышать 15 триллионов переходов в секунду, что в десятки раз   больше, чем для Вd-мезонов. При этом нужно иметь в виду, что время   жизни самих Вs-мезонов - триллионные доли секунды.

  В первую очередь участники беседы отметили огромный объем работы, проделанной физиками для достижения результата. Достаточно сказать, что за время эксперимента в установке произошло около 100 триллионов протон-антипротонных столкновений, из которых было отобрано всего несколько тысяч событий, важных с точки зрения осцилляции B_s-мезонов. Кропотливый анализ с применением оригинальной методики обработки данных позволил установить, что частота осцилляции с большой вероятностью заключена в диапазоне от 17 до 21 триллиона переходов в секунду. Тем самым получено новое важное подтверждение справедливости СМ.

Согласно первым сообщениям, сами участники эксперимента D0 довольно скромно рассматривают свой результат как первую ласточку , надеясь в ближайшее время значительно улучшить точность измерений. Дело в том, что продолжение опыта представляет исключительный интерес не только с точки зрения проверки СМ и уточнения ее параметров, но, возможно, и для разрешения загадки асимметрии (неравного присутствия) вещества и антивещества во Вселенной. Имеются также заметные шансы на открытие "последнего кирпичика СМ" - частицы Хиггса, что явилось бы настоящим триумфом этой теоретической модели. Так что уже в близком будущем можно ожидать новых интересных сообщений из ФНАЛ.

- Надо сказать, что в этом эксперименте работает крупный интернациональный коллектив физиков из 20 стран мира. Самое большое представительство (не считая, естественно, "хозяев поля" из США) у России - несколько десятков человек. Это не только специалисты из ИФВЭ, здесь также представители дубненского ОИЯИ, московских ИТЭФ и НИИЯФ МГУ, ПИЯФ из Гатчины (Санкт-Петербург). Ими внесен значительный вклад в создание детекторов частиц, которые оказались особенно важными для регистрации осцилляции. Надо иметь в виду, что для этих детекторов помимо их изготовления в России и доставки в США необходимо было также разработать соответствующие программные средства, а затем обеспечить их высокоэффективную работу в эксперименте. Кроме того, была предложена и реализована оригинальная схема обработки и анализа данных, основанная на определении так называемой "функции правдоподобия событий", которая и позволила измерить частоту осцилляции. Так что без всякого преувеличения можно сказать, что именно российские физики (в том числе и работающие ныне за рубежом) в значительной степени определили успех эксперимента.

И, конечно же, нельзя не отметить то, что достижение результата было бы невозможным без эффективной работы всего ускорительного комплекса тэватрона, этой уникальной пока машины для исследований физики частиц.                                   

    Вот на этом месте участники беседы не могли не посетовать по поводу того, что здесь у нас, в Протвино, так и остался незавершенным грандиозный физический проект по сооружению УНК - ускорительно-накопительного комплекса протонов. Как известно, проект начал осуществляться в середине 1980-х годов, но результатом вложения около миллиарда полновесных советских рублей стал лишь гигантский подземный кольцевой тоннель длиной 21 км. Нечто подобное близится сейчас к завершению в Женеве, а ведь, согласно планам, наши ученые могли бы приступить к подобным исследованиям еще в конце 1990-х! Но на создание ускорителя у переходящей на рыночные рельсы страны средств не нашлось.

Так что, вложенный буквально в землю миллиард так и останется невостребованным?

Академик С. Герштейн по этому поводу заметил, что протвинский тоннель - уникальное инженерно-техническое сооружение, он даже превосходит женевский, поскольку имеет сечение в полтора раза больше, а значит - и больше возможностей для реализации ускорительных проектов будущего.

Эту же мысль развил профессор А. Лиходед. Он заметил, что коллайдер LHC стоимостью в 7 миллиардов евро через пару лет уже будет работать, а это значит, что мировой центр физики высоких энергий переместится именно туда, в Западную Европу. И вновь российским физикам придется осуществлять свои замыслы на зарубежных установках. А ведь создание своего ускорителя в уже готовом тоннеле (кстати, его сооружение стоило бы сейчас раз в 10 дороже) могло бы стать для нашей страны, по-прежнему претендующей на статус мировой державы, вполне достойным национальным проектом. Вновь активно заработали бы отечественные научные школы и вновь потянулись бы к нам коллеги из зарубежных лабораторий...

Серия сообщений "Публикации об отдельных учёных ":
Часть 1 - Адо: будущие ускорители у нас и за рубежом
Часть 2 - О физике на УНК и первом выдвижении в РАН
...
Часть 47 - Откровенное интервью Леонида Ландсберга
Часть 48 - 120 лет со дня рождения физика Юлия Харитона
Часть 49 - «Последние кирпичики» в Стандартную модель
Часть 50 - Профессор Тепляков - кавалер ордена Славы

Серия сообщений "Публикации о С.П. Денисове":
Часть 1 - БАРС - охотник за нейтрино
Часть 2 - АТЛАС - детище конверсии
...
Часть 4 - Два новых академика ИФВЭ
Часть 5 - К 80-летию академика Сергея Денисова
Часть 6 - «Последние кирпичики» в Стандартную модель
Часть 7 - Учёному ИФВЭ присуждена золотая медаль РАН

В начале июля в подмосковном Протвино (близ Серпухова) состоялся традиционный, уже 26-й по счету, Международный семинар по фундаментальным проблемам физики высоких энергий и теории поля. Несколько десятков учёных , преимущественно из России (Москва, Протвино, Санкт-Петербург), а также из Англии, Франции и США, в течение 3 дней говорили «о сокровенном».
Ещё бы! В силу объявленной на сей раз тематики семинара («пространственно-временные структуры в микро- и макрокосмосе») собравшиеся теоретики изящно оперировали понятиями, выходящими далеко за рамки наших обыденных представлений о пространстве и времени....

На фото: группа участников и гостей семинара. 

Не случайно в своих комментариях к происходящему один из «хозяев поля», заместитель начальника теоретического отдела ГНЦ ИФВЭ профессор Владимир Петров заметил, что физики сегодня подходят к пониманию того, что даже бывшие уделом писателей-фантастов представления о "путешествиях во времени" не так уж беспочвенны. Что интересно - усложнение представлений о сокрытых пока тайнах мироздания происходит не вопреки, а благодаря попыткам учёных «навести порядок» в накопленных экспериментальных результатах и теоретических разработках.


Попробуем и мы в этом разобраться – только без высшей математики и прочих сложностей. Главный нерешённый пока вопрос современной физики внутиатомных частиц (раньше их называли «элементарными»), как, впрочем, и необъятной космологии – существует ли на самом деле теоретически предсказанная ещё в 1964 году шотландским физиком Питером Хиггсом некая частица, называемая сейчас в честь своего автора «бозоном Хиггса». И этот вопрос - не праздное любопытство.
Дело в том, что практически общепринятая в современной мировой физике т.н. «Стандартная модель» (СМ) всего сущего - от субатомных частиц до Вселенной, страдает одним-единственным крупным изъяном. А именно отсутствием экспериментального подтверждения существования этого самого бозона. А без него – никак, ибо в рамках СМ именно «на Хиггса» возложена ответственная роль объяснения наличия или отсутствия такого важного свойства частиц (и не только частиц), как масса. Видимо, не зря популярная телереклама без устали вопрошает: «Сколько вешать граммов?»
Большинство описанных в СМ частиц (кварки, лептоны, адроны) имеют массу, а вот фотоны массой не обладают. До сих пор основные вводимые в СМ понятия и частицы по мере строительства ускорителей и развития физики высоких энергий получали одно за другим замечательные экспериментальные подтверждения (а их авторы – Нобелевские премии), а вот поиски бозона Хиггса по-прежнему безрезультатны. То ли энергии ускорителей пока не хватает, то ли Хиггс все-таки ошибся - неясно. А это значит – вместо СМ физики в конце концов могут принять и иную теоретическую модель «объяснения всего», если только такая модель включит в себя все накопленные экспериментальные данные и объяснит наконец загадку происхождения массы частиц доказательным путём.

И альтернативные теории разрабатываются, в том числе и с возникновением всякого рода «экзотики» типа множественных Вселенных в пространстве многих измерений…

    Впрочем, физики-экспериментаторы уже «на подходе к Хиггсу». Более того, пару

 лет назад одна из исследовательских групп ЦЕРНа (Европейской организации по  ядерным   исследованиям, Женева, Швейцария) даже было объявила об обнаружении  следов   присутствия хиггсова бозона при обработке последних измерений на 27-   километровом ускорителе LEP (электрон-позитронном коллайдере), но затем эта  «заявка на   Нобель» была снята с рассмотрения.

    Проверить сей факт новыми измерениями уже было нельзя, так как LEP закончил  свою трудовую биографию: международное сообщество физиков решило  установить в этом уникальном кольцевом тоннеле (см.), пересекающем франко-  швейцарскую границу, новое физическое оборудование для ускорения не  электронов, а протонов, то есть гораздо более тяжёлых частиц. Это будет уже не LEP, а LHC - большой адронный коллайдер, и он выведет физику высоких энергий на совершенно новые рубежи. Работы по этому крупнейшему научному проекту начала 21-го века ведутся с активным участием российских физиков, в том числе из Протвино, где делают целый ряд элементов ускорительной структуры, а также экспериментальных детекторных установок. Коллайдер заработает, видимо, только к концу текущего десятилетия – вот тогда поиски бозона Хиггса и возобновятся с новой силой.

А теоретическая мысль, как показал этот семинар в Протвино, привычно воспаряет во все новые и новые дали. В этом и состоит суть научного поиска, без которого немыслим дальнейший прогресс человеческой цивилизации.

Опубликовано: "Известия" - 19 июля 2003 г.

Примечание 1:  

автору довелось присутствовать на этих семинарах и в иные годы его проведения (традиция, увы, оборвалась в 2005 году),

и естественно - записывать свои впечатления. Опубликованные материалы см. в [url=http://li.ru/ILYH ]специальном разделе[/url]:  

Серия сообщений "ИФВЭ":

У ИФВЭ есть и свой сайт. См.

Часть 1 - Конференция ТК: решения наконец-то приняты
Часть 2 - Сотрудничество с ЦЕРН крепнет
...
Часть 24 - У-70 переходит на укороченные сеансы
Часть 25 - Крыша
Часть 26 - Физикам нужен бозон Хиггса
Часть 27 - Президент РАН впервые посетил ИФВЭ
Часть 28 - Состоится ли ионная бомбардировка?
...
Часть 48 - Ускорительщики обсудили "статус-кво"
Часть 49 - Проекты ИФВЭ на 2-м иннофоруме Росатома
Часть 50 - Город Протвино /исторический очерк/

Серия сообщений "Публикации об отдельных учёных ":
Часть 1 - Адо: будущие ускорители у нас и за рубежом
Часть 2 - О физике на УНК и первом выдвижении в РАН
...
Часть 22 - Л.М.Севрюкова стала профессором
Часть 23 - В новом направлении (интервью Л.Г. Ландсберга)
Часть 24 - Физикам нужен бозон Хиггса
Часть 25 - 100 лет со дя рождения академика Харитона
Часть 26 - Лариса Севрюкова - жизнь, отданная науке
...
Часть 48 - 120 лет со дня рождения физика Юлия Харитона
Часть 49 - «Последние кирпичики» в Стандартную модель
Часть 50 - Профессор Тепляков - кавалер ордена Славы