Кварки: прячутся или не существуют?

Гипотезе атомизма более двух тысяч лет, атомное ядро открыто сто двадцать лет назад, нейтрон — составная часть ядра — обнаружен в 1932 году, затем появилось предположение о том, что элементарные частицы состоят из еще более мелких объектов — кварков. Иллюзия элементарности не оставляет физиков, хотя и отступает на все более глубокие уровни структуры материи.

Она существовала по нынешним темпам довольно долго — более тридцати лет, пока в 1964 году не появились новые герои — кварки. Вышли они в главные действующие лица физики элементарных частиц весьма своеобразно: их предшественников — ядра, протоны, нейтроны — находили экспериментаторы, а кварки появились на свет благодаря гипотезе теоретиков.

С помощью кварков хорошо объясняются многие закономерности семейств частиц, удается построить что-то вроде периодической системы элементов, да вот беда — никто их не видел. Вдохновленные успехами теоретиков экспериментаторы во всем мире бросились искать кварки и… не могли найти. Но так велик был успех кварковых теорий, что отсутствие кварков в свободном виде не привело к мысли об их отсутствии вообще. Теоретики стали придумывать модели «невылетания кварков». И как это часто бывает в работе ученых, когда все уже свыклись с мыслью о «невылетании», в 1980 году появились известия о том, что кварки зарегистрированы. Измерения продолжаются и сейчас, и пока у физиков нет абсолютной уверенности в справедливости или несправедливости полученных результатов.

Точнее, в то, что кварки существуют, верят все, а сомнения вызывает факт их существования в свободном виде.

Кварки в свободном виде наблюдала группа американских физиков под руководством профессора Фэрбенка из исследовательского центра в Стенфорде. Пять шариков из ниобия размером с булавочную головку помещали в специальный сосуд, где под действием сложной комбинации электрического и магнитного полей шарики повисали в подвешенном состоянии и могли перемещаться. Так вот, исследование движения шариков в полях позволяет установить, какой на них заряд. Результаты превзошли все ожидания: на одном не было заряда, а на четырех — заряд в одну третью часть заряда электрона, на двух положительный, а на двух отрицательный.

Именно такой заряд у кварка предсказывает теория. Казалось бы, все ясно: эксперимент — вещь объективная. Но дело в том, что подобный эксперимент был выполнен в другом американском университете, в группе доктора Морпурго, правда, с железными шариками, и там результат отрицательный: никаких дробных зарядов не обнаружено. Защитники свободных кварков говорят, что, может быть, кварки по непонятным нам причинам есть в ниобии и отсутствуют в железе. Чтобы устранить разногласия, готовится новый эксперимент: десять тысяч железных шариков с ниобиевым покрытием.

Кроме экспериментального метода с магнитными и электрическими полями и металлическими шариками, есть и другие: в Аргонской лаборатории заряд мельчайших капелек будут определять по их отклонению в электростатическом поле конденсатора. Пока с помощью этого метода не удалось обнаружить ни одного кварка, но исследователи собираются понизить уровень еще на тринадцать порядков, то есть если кварки в свободном состоянии встречаются с частотой один на десять в тридцатой степени обычных атомов, то этот кварк будет обнаружен. Есть еще планы экспериментов с лазерами и сложными электронными схемами, в общем, вопрос исследуется интенсивно и, что очень важно, разными методами, на разных установках и в разных странах — это исключает возможность ошибок. А нам остается ждать результатов.

Автор: А. Семенов.