Этот странный-странный мир...

Сергей Петрушанко
(по материаллам Россия Он-Лайн, источник xTerra.ru)

Поистине неистребима способность ядерных физиков придумывать все более и более чудные названия для объектов, с которыми они работают. Ведь даже история появления названия "кварк" - частицы, из которой построен окружающий нас мир - превеселенькая байка! Ирландский писатель Джеймс Джойс, автор библии современной литературы - длиннющего романа "Улисс", повествующего об одном-единственном дне из жизни дублинца Леопольда Блюма, любил устраивать забавные игры с английскими словами. Фразе "Три кварка для мастера Марка!" из одного модернистского стихотворения великого ирландца суждено было подарить всем физикам знаменитый термин. Слово "кварк" (quark) - просто забавное сочетание букв, в английском языке ничего не означающее. Однако "кварк" понравился теоретику из Калифорнийского технологического института Мюррею Гелл-Манну, работавшего в 60-х годах прошлого века над новой теорией строения материи. Ученый назвал этим диковинным словом прото-частицы, из которых состоят элементарные частицы, наблюдаемые физиками в космических лучах и на ускорителях. Как ни странно, слово хорошо прижилось в научном языке.

В первоначальной редакции новой теории кварков было три: up, down и strange. Два первые из них - самые легкие, из них построены протоны и нейтроны - основные частицы нашего мира. Со странным кварком все не так просто: элементарные частицы, которые содержат его в своем составе, довольно быстро распадаются, времена их жизни не превышают 10^-10 секунды. Странный кварк получил свое название благодаря необычным свойствам таких частиц.

В дальнейшем отряд кварков пополнился новыми представителями с не менее веселыми названиями - charm (очаровательный), beauty (прекрасный) и truth (истинный) - и теперь их шесть. Частицы, содержащие эти кварки, было обнаружены на мощных ускорителях.

Как уже отмечалось выше, обычные атомные ядра состоят из протонов и нейтронов, составленных из самых легких кварков - up и down. Однако теоретики, работающие в ядерной физике, уже давно подозревали, что кроме обычных ядер в природе могут существовать ядра, содержащие более тяжелые странные кварки. А если на основе таких ядер создать атомы, то мы получим странную материю.

Есть ряд косвенных свидетельств, говорящие о том, что из странной материи состоят нейтронные звезды. Эти астрономические объекты, обладая очень малыми размерами, имеют массу, близкую к солнечной. Высокое давление "вжимает" электроны в атомные ядра, и протоны превращаются в нейтроны. Возможно, далее события развиваются в сторону перерождения большей части материи из легких up и down кварков в материю из тяжелых странных кварков.

Однако это лишь предположения теоретиков, на самом деле о свойствах странной материи нам ничего пока точно не известно. На ускорителях в разных частях земного шара созданы экспериментальные группы, цель которых - получить и исследовать странную материю.

Два года назад широкие круги научной общественности (да и обычные обыватели) были шокированы статьей довольно известных ученых, касающейся, казалось бы, чисто теоретическим аспектам существовании материи из странных кварков. В этой статье физики утверждали, что возможное рождение на современных ускорителях странных ядер может привести к катастрофическим для всей Земли процессам: такие ядра будут подобны микроскопическим черным дырам - они начнут поглощать окружающее их обычное вещество, после чего начнут под действием гравитационных сил перемещаться к центру Земли, что приведет к превращению планеты в груду раскаленных осколков...

Не торопитесь пугаться! Все не так страшно. Картину, нарисованную выше, следует воспринимать скорее как чистую игру ума: теоретики весьма вольно перетасовали некоторые свободные параметры ядерной модели, выбрав наиболее страшный вариант из всех возможных.

Главным аргументом против этой теории является следующий тезис. Как известно, Земля круглые сутки бомбардируется космическими лучами - частицами очень высоких энергий (недостижимых на современных земных ускорителях), которые рождаются в мощнейших космических процессах. Если бы вышеописанный сценарий действительно имел место, планеты не могли бы существовать хоть сколько-нибудь значительное время. Тем не менее, мы видим, что ничего такого катастрофического не происходит.

Большинство теоретиков сейчас придерживается мнения, что получить странную материю можно, однако, она не будет стабильной, распадаясь за мгновения на обычные частицы. И последнее сообщение с ленты новостей - подтверждает это предположение.

Интернациональная команда ученых, работающая на ускорителе AGS в американской Брукхейвенской национальной лаборатории, сделала первый серьезный шаг на пути экспериментального изучения этой загадочной субстанции. Им удалось синтезировать ядро, содержащее два странных кварка.

Ускоритель AGS был построен еще в 1960 году. В настоящее время он используется главным образом для предварительного ускорения протонов и ядер, которые затем попадают в более мощный ускоритель RHIC, запущенный совсем недавно, в 1999 году. Однако и на самом ускорителе AGS физики продолжит вести экспериментальные исследования.

Протоны, ускоренные AGS, попадают на вольфрамовую мишень. Из множества частиц, которые образуются в результате столкновений, ученые отбирают отрицательно заряженные каоны, состоящие из up и strange кварков. Далее каоны направляют на бериллиевую мишень. В результате столкновений с протонами мишени часть энергии превращается в странные и анти-странные кварковые пары. В конечном итоге образуется смесь самых разных частиц и ядер.

Ученые, изучив эту "кашу", смогли выделить из нее ядра, в каждом из которых содержится по 2 странных кварка. Дважды-странное ядро состоит из протона и нейтрона + две лямбда частицы (каждая содержит по одному up, down и strange). Такое ядро живет менее одной миллиардной доли секунды.

Пока статистика эксперимента невелика: из 100 миллионов "подозрительных" событий ученые смогли отобрать около 40 с достоверным рождением дважды-странного кваркового ядра. Однако физики из BNL надеются в ближайшее время увеличить число синтезированных ядер, а также начать серьезное изучение свойств странной материи.

Итак, начало в изучении странной материи положено. Будет ждать продолжения?