Земная материя «Ученые приблизились к пониманию строения земной материи.Ученые еще на шаг приблизились к окончательному пониманию строения и свойств окружающей нас материи.»
Заголовок, конечно, крайне неудачен. «Строение земной материи» навевает мысли о геологии, но никак не о физике микромира. Чуть-чуть улучшить его можно было бы, убрав или заменив слово «земная», и в первой строчке заметки так и сделано. Однако эта замена всё равно ситуацию не исправляет просто потому, что получившаяся фраза совершенно никак не характеризует то, что же, собственно, сделано.
На самом деле, суть работы состоит в том, что наконец-то обнаружен редкий процесс в столкновении элементарных частиц. Если быть честными, то надо признать, что это в общем-то рутинный результат, который сам по себе ни к какому большому открытию не привел (хотя, в принципе, может — для этого надо будет улучшить точность эксперимента). Однако в этой истории есть два важных момента: во-первых, эта реакция очень интересует теоретиков, которые надеются с ее помощью проверить некоторые свои построения, а во-вторых, это был исключительно трудоемкий анализ, поэтому-то коллаборация так гордится результатом.
Я пока повременю с объяснением, что же на самом деле означает фраза «...на шаг приблизились к окончательному пониманию строения и свойств ... материи», и перейду непосредственно к описанию эксперимента.
Почему кварки не бывают свободными
« 
Физикам-экспериментаторам из международной группы DZero, в которую входят представители 90 различных институтов из 20 стран мира, в том числе и из России, впервые удалось наблюдать свободные «верхние» кварки (топ-кварки), сообщается в пресс-релизе Национальной лаборатории имени Энрико Ферми в Батавии (штат Иллинойс), передает ИТАР-ТАСС.
»
Крамольное слово «свободные» моментально превращает текст новости в фарс. Переводчик (вероятно, из ИТАР-ТАСС) лихо перевел «single top-quark production» как «рождение свободного топ-кварка», вскрыв тем самым целый пласт недопониманий, вот уже десятки лет сопровождающих эту тему. Поясню подробно, в чём тут дело.
Почти вся масса любого атома сосредоточена в ядре, которое меньше атома в сто тысяч раз. Ядро сложено из протонов и нейтронов, которые состоят из кварков. (Рис. с сайта wwwstar.bnl.gov)
Почти вся масса любого атома сосредоточена в ядре, которое меньше атома в сто тысяч раз. Ядро сложено из протонов и нейтронов, которые состоят из кварков. (Рис. с сайта wwwstar.bnl.gov)
Сначала — краткий экскурс в современную теорию строения вещества. Всё вещество состоит из атомов, а они состоят из компактного ядра и электронов, сидящих на своих электронных оболочках на большом (по сравнению с ядерными масштабами) удалении от ядра. Ядро, в свою очередь, — это набор протонов и нейтронов, крепко связанных друг с другом за счет ядерного взаимодействия.
Ядерное взаимодействие очень сильное, во много раз сильнее электромагнитного взаимодействия, ответственного за химические связи — достаточно сравнить энергию обычного, химического взрыва и ядерного взрыва. Однако у ядерных сил, связывающих протоны и нейтроны, и электромагнитных сил, связывающих отдельные атомы в молекулы, есть общая черта — они ослабевают при удалении частиц друг от друга. Именно поэтому можно получить свободный атом — то есть атом, отделенный от всех остальных атомов (манипулировать отдельными атомами с помощью скрещенных лазерных лучей физики научились уже давно). Можно также получить отдельный, свободный протон или нейтрон — они, например, вылетают из некоторых радиоактивных ядер.
Для того, чтобы изучить сильные взаимодействия, физики разгоняют элементарные частицы, например протоны, и сталкивают их друг с другом. Если энергия частиц невелика, то они просто упруго отскакивают друг от друга без какого-либо изменения. Если же энергия достаточно велика, то в столкновении протонов рождаются новые нестабильные частицы. Реакции первого типа относятся, скорее, к ядерной физике, а настоящая физика элементарных частиц занимается изучением реакций второго типа. Это, кстати, дало второе название физике элементарных частиц — физика высоких энергий.
Многочисленные эксперименты по столкновению частиц при высокой энергии навели физиков на мысль, что и протоны и нейтроны не элементарны, а состоят из других, более фундаментальных частиц — кварков. Семейство адронов — то есть частиц, состоящих из кварков, — очень велико: протоны, нейтроны, пи-мезоны, К-мезоны и т. д. (Отдельный кварк адроном не является.) Все они, за исключением протона, — нестабильны, распадаются на другие частицы. Например, нейтрон распадается на протон, электрон и антинейтрино; K-мезон распадается на два пи-мезона, которые далее распадаются на мюон и нейтрино и т. п.
Однако ни разу ни в каком распаде никакого адрона не наблюдались свободные кварки. То есть адроны состоят из кварков, но распадаются не на них, а на группки кварков, а если кварков в исходном адроне для этого не хватает, то квантовые флуктуации породят столько кварк-антикварковых пар, сколько нужно.
Глюонные силы, связывающие кварки в протоне, не ослабевают при удалении одного кварка от другого. В результате при попытке «вырвать» кварк из протона глюонное поле порождает дополнительную кварк-антикварковую пару, и от протона уже отделяется не кварк, а пи-мезон. Пи-мезон уже может улететь сколь угодно далеко от протона, потому что силы между адронами ослабевают с расстоянием. (Рис. с сайта wwwnature.com)
Глюонные силы, связывающие кварки в протоне, не ослабевают при удалении одного кварка от другого. В результате при попытке «вырвать» кварк из протона глюонное поле порождает дополнительную кварк-антикварковую пару, и от протона уже отделяется не кварк, а пи-мезон. Пи-мезон уже может улететь сколь угодно далеко от протона, потому что силы между адронами ослабевают с расстоянием. (Рис. с сайта wwwnature.com)
Такая неожиданная особенность поведения кварков связана со свойствами сильного взаимодействия — глюонного поля, которое связывает кварки внутри адронов. В отличие от гравитационных или электрических сил, и даже в отличие от ядерных сил между протонами и нейтронами, сила взаимодействия, связывающего кварки, не уменьшается с удалением их друг от друга. В результате какую бы энергию мы ни передали отдельному кварку, он не сможет удалиться от своего соседа на какое-то экспериментально измеряемое расстояние. Более того, кварки, разлетевшиеся уже на несколько фемтометров (1 фм примерно равен размеру протона), обладают такой большой потенциальной энергией глюонного поля, что она тут же тратится на рождение других кварк-антикварковых пар. Иными словами, передав любому адрону достаточно большую энергию, мы дестабилизируем его, заставляем его тут же распадаться на другие адроны.
Чем дальше кварки удаляются друг от друга, тем сильнее становятся связывающие их силы (рис. с сайта nobelprize.org)
Чем дальше кварки удаляются друг от друга, тем сильнее становятся связывающие их силы (рис. с сайта nobelprize.org)
В этом смысле по-настоящему свободный кварк — то есть кварк, сильно отдаленный от всех иных кварков, — создать невозможно. Кварки существуют только в связанном состоянии, и явление, отвечающее за это вечное пленение кварков, называется конфайнмент. Это неизбежный вывод в рамках квантовой хромодинамики — единственной известной на сегодня теории, которая может описать все свойства адронов и их столкновений. (Несмотря на многочисленные попытки, никакой альтернативной теории, способной описать всю совокупность данных, так и не построено.)
Конечно, это всё очень непохоже на те силы, с которыми мы сталкиваемся в повседневной жизни (что неудивительно — ведь все они, в конечном счете, сводятся к электромагнитным взаимодействиям и гравитации). Поэтому людям, которые считают, что все физические явления должны объясняться в простых, интуитивных, общепонятных терминах, здесь видится какой-то обман. Некоторые из них прямо говорят, что кварки вместе с их пленением — это всё выдумки теоретиков, которые попросту запутались в описании микромира. Либо частицы существуют — и тогда их можно выделить, либо они не существуют.
Разумеется, кварки существуют, этому имеется множество экспериментальных доказательств, которых ниспровергатели попросту не понимают, но речь тут даже не об этом. Речь о том, что заявление «обнаружены свободные кварки», прошедшее по многим СМИ и подкрепленное ссылками на пресс-релизы и научные статьи (да только кто же их читать будет, на буржуйском-то языке), попросту дает в руки «альтернативщикам» новую «дубинку». «Так, значит, кварки существуют в свободном виде, так что ж нам физики голову-то морочили! Вот и вскрылся обман, теперь-то им никуда не деться!»
В результате физикам приходится делать лишнюю работу, устраняя негативные последствия этих ошибочных сообщений, объяснять, что же на самом деле имелось в виду в этих «научных» новостях. Журналисты должны понимать, что такими безответственными сообщениями они не просто дезинформируют читателей, но и наносят удар по престижу современной физики и науки вообще.
Возвращаясь к утверждению о том, что кварки не существуют в свободном виде, замечу, точности ради, что и это еще не вся правда. Как раз топ-кварки отличаются от всех других кварков тем, что они — в некотором смысле! — всегда свободны. Дело в том, что конфайнмент начинает сказываться на движении кварка, лишь когда он отлетит от точки рождения на расстояние порядка 1 фм (10–15 м). Однако топ-кварк обладает столь малым временем жизни, что такую «большую» дистанцию он просто не успевает пролететь. В результате рождение и распад топ-кварка можно описывать без учета эффектов конфайнмента — то есть не обращая внимания на то, что кварки связаны в адроны.
Наконец, стоит заметить, что называть топ-кварки «верхними» кварками не стоит. Термин «верхний кварк» уже давно закрепился за самым легким среди всех кварков — u-кварком (up-кварком). (Интересно отметить, что некоторые СМИ допустили тут двойную ошибку и прямо написали об «открытии свободного u-кварка». На самом деле, u-кварк — это самый обычный кварк, который наряду с d-кварком входит в состав протонов и нейтронов.)
Причина такого не самого удачного выбора имен в том, что с точки зрения слабых взаимодействий кварки объединяются в пары (то есть шесть кварков надо представлять себе как три пары). В таких парах одну частицу принято называть «верхней», а другую «нижней» (математически, такие пары похожи на два состояния спина электрона — спин вверх и спин вниз). Когда открыли первую пару кварков, то названия up «верхний» и down «нижний» напрашивались сами собой; названия для второй пары кварков — «странный» и «очарованный» — возникли по иным мотивам, а когда речь зашла про кварки третьей пары, то физики для своего удобства придумали синонимы английским словам up и down («верхний» и «нижний») — top и bottom; а в русском языке таких синонимов не нашлось (и up, и top на русский переводятся одним словом — «верхний»). Впрочем, у третьей пары есть и альтернативные названия — true и beauty, «истинный» и «прелестный» кварки.
Вся эта чехарда с именами особого значения не имеет, однако путаться в терминологии не стоит.
http://elementy.ru/lib/430431
Нейтральность этого названия Бог- (ОН) естественно, не выражало глубину понимания бога, однако не позволяло разделять на множественность.
[взломанный сайт] [взломанный сайт] 
[взломанный сайт]
Я многого не понимаю, и сказала об этом открыто Я Чайник