Частица о пяти кварках – фантазия или реальность?Автор: Сергей Петрушанко Нобелевский комитет, принимая в 2004 году решение о присуждении самой престижной научной награды по физике, постановил наградить ученых-теоретиков Дэвида Гросса (David J. Gross), Дэвида Политцера (H. David Politzer) и Франка Вилчека (Frank Wilczek), внесших важнейший вклад в создание квантовой хромодинамики - теории, по законам которой "живут" кварки - неделимые частицы, элементарные кирпичики мироздания. Это событие с энтузиазмом было воспринято всеми ядерными физиками, которые в последнее время отнюдь не обласканы вниманием общественности и СМИ. Однако после присуждения Нобелевской премии, наряду со статьями о научных успехах и достижениях, в прессе появились и пессимистические прогнозы о перспективах физики элементарных частиц. Их авторы утверждают, что ничего существенно нового в этой области науки не происходит и не предвидится, а ученые ведут лишь тщательную проверку основополагающих теорий, разработанных несколько десятилетий назад. В частности, той же теории квантовой хромодинамики - уже больше тридцати лет. И вот разномастные апологеты теории о "конце науки" спешат торжественно зачитать некролог всей ядерной физике.Но стоит ли так торопиться? Конечно, ядерная физика в настоящее время развивается не так бурно, как в середине прошлого века, что обусловлено целым рядом общественно-политических и экономических причин. Порой может показаться, что ученые заняты лишь проверкой ранее созданных гипотез и не предлагают ничего принципиально нового. Но, как показывает история познания окружающего мира, именно в такие периоды чаще всего и делаются неожиданные открытия[Достаточно вспомнить хорошо известный любому школьнику переворот в физике начала XX века. Тогда тоже казалось, что все природные явления уже открыты, изучены и объяснены; оставались лишь мелкие нерешенные вопросы в теории света и странное поведение частиц, иногда проявлявших себя как волны. Все мы знаем, к какой научной революции привели позже теория относительности и квантовая физика]. Три года назад в физике элементарных частиц действительно произошло событие, всколыхнувшее научную общественность и заставившее по-новому взглянуть на казавшиеся незыблемыми вещи. Нежданно-негаданно экспериментаторы, проверяя теоретическое предположение, которое многие вначале посчитали безумным, сумели обнаружить невиданную ранее частицу - пентакварк. Однако вслед за статьями об успехах в поиске пентакварка появилась и серия экспериментальных работ, результаты которых охлаждают энтузиазм, поначалу охвативший ученых. Так был ли "мальчик"? Тем не менее в 1997 году трое петербургских физиков, Дмитрий Дьяконов, Виктор Петров и Максим Поляков, решились выступить против устоявшегося мнения. В опубликованной ими статье утверждалось, что частицы из пяти кварков все-таки могут существовать. Неудачи поисков ученые объясняли тем, что пентакварк следует искать по очень узкому резонансу в области гораздо меньших по массе элементарных частиц, чем предполагалось ранее. По колоритному комментарию Дмитрия Дьяконова, "искали нечто расплывчатое на Луне, а настоящий пентакварк - рядом, маленький и изящный". Первая реакция мирового научного сообщества на статью российских теоретиков оказалась более чем скептической. Эксперименты в области физики элементарных частиц требуют больших материальных и трудовых затрат. У экспериментальной группы должна быть достаточно сильная мотивация, прежде чем она начнет какой-либо новый проект, тем более такой рискованный. В данном случае все знали - "экзотики нет", что не способствовало повышению энтузиазма. Прошло несколько лет, прежде чем Дьяконову, Петрову и Полякову удалось убедить экспериментаторов проверить свое предсказание. И, ко всеобщему удивлению, в начале 2003 года практически одновременно две независимые научные группы заявили об обнаружении пентакварка. Первыми оказались участники эксперимента LEPS на японском ускорителе SPring-8. Они обнаружили четкий пик, который неопровержимо свидетельствовал о рождении частицы, состоящей из пяти кварков. Тем более что характеристики новой частицы (масса покоя, ширина резонанса) точно соответствовали предсказанию российских ученых. Вскоре об обнаружении пентакварка в другой ядерной реакции сообщили исследователи из московского Института теоретической и экспериментальной физики (ИТЭФ), проанализировавшие снимки, полученные еще в 1986 году с помощью ксеноновой пузырьковой камеры DIANA. Анатолию Долголенко и его коллегам удалось определить массу пентакварка и ширину его резонанса с большей точностью, чем японцам и группам экспериментаторов, занимавшимся тем же вопросом позже. (Эта работа - настоящий научный подвиг: небольшая группа в течение трех лет просмотрела около полумиллиона старых фотографий, снятых на давным-давно не существующей пузырьковой камере, - при мизерной зарплате, да еще и снося насмешливое отношение коллег-скептиков.) Далее вести об обнаружении пентакварка пошли потоком, - их слали американская группа эксперимента CLAS из Национальной лаборатории имени Томаса Джефферсона, немецкие исследователи с ускорителя ELSA и из ядерного центра DESY, европейская группа эксперимента NA49 из ЦЕРНа и т. д. На настоящий момент сообщения об экспериментальном обнаружении пентакварка опубликовали уже двадцать научных коллективов. Во всех этих работах измеренные характеристики пентакварка, названного Дмитрием Дьяконовым Q+ (тета-плюс-барион), оказались идентичными (разумеется, в пределах точности каждого конкретного эксперимента). Особенно важно, что обнаруженный пентакварк - не просто новый экземпляр в зверинце из сотен уже известных физикам элементарных частиц. Само существование подобной частицы проливает новый свет на механизмы функционирования микромира, до сих пор полного нерешенных вопросов и загадок. Теоретики из Петербурга утверждают, что тета+-барион - лишь одна из целого семейства пятисоставных частиц. "Перетасуем" различные комбинации из пяти кварков (коих насчитывается шесть разновидностей) - получим новые виды пентакварков. И действительно, в трех экспериментах уже были обнаружены свидетельства рождения других представителей этого экзотического семейства. Однако далее ситуация с пентакварком стала еще более интересной, так как целый ряд экспериментальных групп не смогли найти его в "положенном" месте! Авторитетные научные коллективы экспериментов CDF, DELPHI, FOCUS, PHENIX и многих других (числом около тридцати) заявили о том, что искомое не удается усмотреть. Скептики вновь подняли голову: появились работы, объясняющие свидетельства рождения пентакварка недостаточной статистикой. Самый серьезный удар по пентакварку нанесли в апреле 2005 года американские ученые из эксперимента CLAS (третья из научных групп, объявивших в 2003 году о его обнаружении). В эксперименте, проведенном по измененной схеме, они не смогли подтвердить свои прежние результаты. Узкий пик, свидетельствующий о рождении пентакварка, на новом графике, построенном на основе существенно большей статистики, вдруг исчез! Американцы поторопились широко объявить о своем результате, стремясь, по всей видимости, быть первыми в гонке по "закрытию" гипотезы пентакварка. В то же время новые результаты, полученные первооткрывателями пентакварка - японской научной группой LEPS и российскими физиками из ИТЭФа, продолжают указывать на существование этой неуловимой частицы. Более полная статистика, более скрупулезный анализ - и сигнал от тета+-бариона продолжает оставаться на своем месте, подтверждая рождение пентакварка с возросшей достоверностью! В любом случае, уже понятно, что за последние пару десятилетий гипотеза пентакварка стала серьезной "встряской" для ядерной физики. Это однозначно свидетельствует о том, что "смерти" данной области науки пессимистам придется ждать еще очень долго…
|