О чем молчит коллайдер (фото)

На существовании частицы под названием "пентакварк", открытой недавно на Большом адронном коллайдере, ещё в 1997 году настаивали три петербургских физика. Один из авторов открытия рассказал "Фонтанке", почему пентакварк так и остался загадкой.

Об открытии пентакварка я узнала лет двадцать назад. Узнала из первых рук: от авторов. Я работала в издательстве Петербургского института ядерной физики. Учёные, даже очень именитые, сами приносили в редакцию статьи. И первым делом натыкались на меня – лаборантку. В мои обязанности входило принять рукопись, записать её в специальный журнал. И помучить автора: к нужной дате, мол, брошюрку выпустить совершенно невозможно. Вслух я так и говорила. Шёпотом добавляла, чтоб не волновались, всё сделают вовремя. Благодарные физики увлечённо рассказывали мне о своих открытиях. Я слушала.

Открывателей пентакварков было трое: Митя Дьяконов, его друг Витя Петров, его ученик Макс Поляков. Конечно, они уже тогда были Дмитрий Игоревич и Виктор Юрьевич. Отчества Макса я не знаю до сих пор. С Витей мы так и остались на вы. Это были умные, весёлые, красивые и увлечённые люди. То есть Витя и Макс наверняка такими и остались. Мы давно не виделись: один в командировке в США, другой работает в Германии. Митя умер два с половиной года назад.

Когда появилась новость о том, что на Большом адронном коллайдере в ЦЕРНе (CERN – Европейский совет ядерных исследований, Женева) экспериментально подтверждено существование пентакварка, я подумала: как бы Митя сейчас радовался. Когда-то они шесть лет не могли добиться проведения эксперимента, чтобы подтвердить свою теорию. И я позвонила Вите Петрову в Штаты.

- Витя, я не буду ещё раз спрашивать у вас, что такое пентакварк…

– Почему, Ир? Это же очень просто! Это частица, состоящая из пяти кварков. Вернее, из четырёх кварков и одного антикварка.

- Кварки – "кирпичики мироздания". Написано в энциклопедии "Элементы".

– Да, всё на свете… Ну, почти всё. Почти всё на свете состоит из кварков. Например, ядро атома состоит из протонов и нейтронов. Протон состоит из трёх кварков. Нейтрон тоже из трёх кварков, только других.

- Мезоны состоят из двух кварков.

– Совершенно верно! Из кварка и антикварка.

- Ещё очень важно, как они группируются.

– Ну разумеется. Все частицы – либо барионы, либо мезоны. То есть не все, конечно…

- Конечно!

– Да, но сильно взаимодействующие частицы. Из которых состоят ядра, участвующие в сильных ядерных взаимодействиях. Про мезоны мы сказали. Бывают барионы: нейтрон, протон, сигма-гиперон, омега-гиперон… Их много.

- Многовато, да.

– К счастью, их известно уже несколько сотен.

- Вот вы сказали про эти группировки из двух кварков…

– Про частицы.

- Про частицы из двух кварков, из трёх. Почему вы с Митей и Максом решили, что их может быть пять?

– Это не мы решили. С тех пор как были изобретены кварки, ещё в 1960-х годах, было известно, что нет никаких причин, чтобы частицы состояли только из двух кварков или из трёх. Могли быть и из четырёх – тетракварк, это мезон. А могли быть, что ещё интереснее, из пяти. Это барион, такой же, как нейтрон и протон. Это вообще ничем не запрещено. Но факт жизни состоял в том, что их никто и никогда не находил. Ну не регистрировались они. Поэтому люди как-то привыкли, что, кроме двух и трёх, не бывает.

- Это как в "Безымянной звезде"? Вы что-то открываете, а потом надо ещё доказать, что оно существует?

– Это довольно просто. Допустим, мы теперь знаем, что на LHC (Large Hadron Collider, Большой адронный коллайдер. – "Фонтанка") открыт пентакварк. А как? Они посмотрели, что происходит какая-то реакция, в итоге вылетают давно известные частицы. Конкретно у них вылетали протон, джи-пси-мезон, ещё кое-что. Дальше они взяли и посмотрели: как ведёт себя вероятность рождения этих частиц в зависимости от их относительных энергий? И обнаружили, что при некоторых энергиях эта вероятность рождения имеет грандиозный пик. Она очень сильно увеличивается. Что это значит? Что в этом месте была частица с такими-то энергией и массой. И она просто распалась на две известные частицы. Если этот пик очень мощный и узкий, значит, частица жила очень долго, прежде чем распалась. Если пошире и пониже – жила меньше. Дальше вы просто смотрите и восстанавливаете вероятности рождения в зависимости от энергии. Проверяете, есть пики или нет. Если пики есть – значит, частица получена. Всё просто.

- И не говорите.

– Конечно!

- Я вот помню, что сначала на ваших статьях всегда были два имени – Дмитрий Дьяконов и Виктор Петров. Потом добавился Максим Поляков.

– Мы с Митей всегда работали вместе. Потом появился Максим. Сначала он был студентом и аспирантом, теперь-то он более чем взрослый человек, профессор университета в Бохуме. А тогда он был человек молодой, мы сказали ему: давай ты сосчитаешь вот этот кусок задачи. Он послушался. И потом он внёс очень большой вклад. Основное и неожиданное свойство этих частиц – то, что они долго живут. И вот первым получил этот результат именно Максим. А мы с Митей ему не поверили! А у него самого тогда никакого понимания не было, почему они так долго живут. Потом мы все долго работали над тем, чтобы это понять.

- Почему сейчас, рассказывая об эксперименте на LHC, вы говорите в третьем лице? Почему не говорите "мы"?

– А при чём здесь "мы"?

- Стоп. Вы с Митей и Максом в 1997 году поняли, что пентакварки существуют…

– Вопрос о том, существуют ли на свете пентакварки, и до нас не стоял и после нас не стоит. То, что они могли бы быть, понимали все с 1964 года. Вопрос в другом. Мы предсказывали пентакварки с определёнными свойствами. С определёнными массой и шириной. С довольно большим на фоне обычных сильных частиц временем жизни.

- И теперь на Большом адронном коллайдере…

– Ир… Я боюсь, что происходит некоторое… Недоразумение. Дело в том, что на LFC, конечно, открыли частицу. Но они открыли не нашу частицу.

- ?

– Мы к этому открытию не имеем отношения.

- ?!

– Действительно, мы были людьми, благодаря которым интерес к пентакваркам вернулся, это правда. Тем не менее мы разбирали пентакварки совершенно другого кваркового состава. Таких частиц, как открыли на LHC, мы просто не обсуждали. Во-об-ще. Мы хотели получить пентакварк, состоящий из пяти лёгких кварков. В 1997 году мы написали работу. Это было действительно нечто совершенно новое: мы предложили другое устройство пентакварков. Десятки экспериментов нашу теорию подтверждали. Потом опять появились утверждения, что их нет. Потом – что, может, есть. Ситуация до сих пор остаётся неопределённой.

- Что тогда сделали ваши коллеги в ЦЕРНе?

– Эти люди занимались совсем другой задачей. Вместо того, чтобы получить пентакварк из пяти лёгких кварков, они взяли два тяжёлых и три лёгких. Такую ситуацию мы просто не рассматривали. Вот совсем. И никто не рассматривал. Теперь в ЦЕРНе утверждают, что обнаружили его. Хотя… Боюсь, что это ненастоящий пентакварк.

- Это как?

– В смысле – не совсем настоящий. Интересно, когда все пять лёгких кварков у вас объединяются в одну частицу. А здесь очень может быть то, что называется адронной молекулой. То есть на самом деле имеется нормальная частица из трёх кварков – с одной стороны, а с другой – нормальная частица из кварка и антикварка. И вот они между собой довольно слабо слеплены. Как молекула. Но тогда это, в общем-то, не пентакварк. Пентакварк – это все пять частиц, слепленные вместе… Ну смотрите: связались у вас нейтрон и протон. Это называется дейтрон. Вы же не станете называть его "шестикварком"?

- Да никогда!

– Хотя количество кварков – шесть. Всё-таки пентакварк – это некое единое образование, они там все на равном положении. А здесь они, может быть, разделились на две группы.

- Вы ведь лет шесть добивались, чтобы вашу теорию проверили экспериментаторы.

– Да, мы добивались этого долго. Всякий эксперимент – очень большие затраты денег, сил. Если в результате ничего не откроется, то жалко. Люди хотят быть уверены: если они ткнут пальцем в какое-то место, там действительно что-то откроется.

- Разве в физике всегда затевают эксперимент, точно зная результат?

– Как вам сказать… С одной стороны, экспериментаторы стремятся, конечно, к тому, чтобы открыть что-то новое, чего теоретики не знают. С другой стороны, речь идёт о гигантском финансировании и гигантских усилиях, и, конечно, они предпочитают знать, что теоретики знают, что там что-то есть. Ускоритель LHC построили только потому, что было почти наверняка известно, что на нём будет открыт бозон Хиггса. А если бы не было такого почти 100-процентного ожидания, то денег бы на него не дали.

- В смысле, "намазать на бутерброд" бозон Хиггса имеет примерно такое же значение, как ваш пентакварк. Почему для одного можно построить ускоритель за 6 миллиардов долларов, а для другого не провести эксперимент на существующих?

– Потому что уровень достоверности разный. Мы все почти наверняка знали, что Хиггс будет.

- И про пентакварк знали.

– Ну… С какой-то вероятностью. И потом, мы-то знали, но надо было убедить всех остальных.

- Но ваш пентакварк всё-таки подтверждался экспериментами. Первыми, если я правильно помню, его нашли в 2003 году американцы…

– Было много групп, работавших почти одновременно. Первыми это сделали в 2003 году японцы. Их уговорил Митя. Он ездил к ним, делал доклады, рассказывал нашу теорию. Познакомился там с людьми, которые занимаются этими экспериментами. Обсуждал с ними это несколько недель без перерыва. И нашлась группа людей, называлась LEPS, они первыми пошли на такой эксперимент. Потом был ИТЭФ (Институт теоретической и экспериментальной физики. – "Фонтанка"). Ну и американцы, да.

- ИТЭФ тоже долго уговаривали?

– Вот как раз с ИТЭФом всё произошло удивительно: их мы вообще не уговаривали. Они просто послушали один наш доклад, почитали работы и решили, что надо провести эксперимент. Хотя на самом деле им эксперимент делать не надо было. Им надо было просто изучить, проанализировать их собственные старые данные.

- Это они заново просматривали полтора миллиона старых фотографий?

– Да-да! Это была гигантская работа!

- И что было на этих фотографиях?

– Это были слайды, на них видно, как летит частица – и дальше она рассыпается на такую звёздочку из разных треков. Слайды проецировались на большой стол с координатами. Определялись координаты всех частиц, все углы, отклонения траекторий. Потом вычислялось, чему были равны скорости частиц. И восстанавливалось, что с ними по дороге происходило.

- Их что, прямо видно?

– Да, представьте себе! В этом случае именно так и было: прямо видно. Конечно, эта технология считается старой. Но именно их эксперимент наиболее точный. В других экспериментах – счётчики, камеры, и на выходе вы получаете поток цифр, которые обрабатывает ваш компьютер. Никаких фотографий уже нет.

- После таких результатов к вашей идее опять начали относиться скептически. Почему?

– А потому, что были и отрицательные результаты.

- Так снимки же! Разве недостаточно, чтобы уже признать…

– Увы, недостаточно. Есть разные факторы, которые могут на это повлиять. Требуются дополнительные проверки, ещё многие эксперименты. Положительных экспериментов было штук двадцать пять, если не тридцать. Потом были отрицательные…

- Эксперимент на LHC имеет какое-то значение для вашего пентакварка?

– Главное значение в том, что сломан некий психологический барьер. Основной аргумент против нас был в том, что пентакварков никто никогда не видел. Дескать, мы не знаем, почему, но вроде как их не может быть. Это был, скорее, психологический момент. А теперь есть этот эксперимент. Данные, полученные на LHC, очень убедительные. Там 9 стандартных отклонений, а по-другому считать – так, пожалуй, и двенадцать. Там же не одна частица открыта, а сразу две. В общем, это вряд ли рухнет. Хотя… Мы тоже были уверены, что наши данные вряд ли рухнут… Но я верю, что они сейчас всё открыли. Это означает, что психологический барьер сломан.

- Фраза "этого не может быть": мне всегда казалось, что такие слова – не из лексикона физиков-теоретиков.

– Как вам сказать… С одной стороны – да. Но люди-то всегда остаются людьми. Вот вы приносите некую теорию. Она новая, необычная, не такая, какие были до сих пор. Люди вам не верят. А помогает не верить тот факт, что пентакварков действительно никто не видел.

- Теперь вы не захотите вернуться к этой истории с пентакварками? Может быть, ещё раз доказать…

– Ир, это не такой простой вопрос. О том, что они открыты, я узнал не так давно. Конечно, слухи ходили уже месяца два, но чётко ничего не было, а статья появилась совсем недавно. В общем, я недели две уже об этом знаю. А тут ещё надо понимать, что природа этой штуки непонятна. Я уже сказал, что это, возможно, делится на группу из трёх и двух. Такая идея есть, она опубликована. Но меня, во-первых, не устраивает, что об этом написано, а во-вторых, я не убеждён, что это понято. И, кажется, ни у кого нет ощущения, что мы знаем, как устроен этот пентакварк. И у меня возникла идея: а может, позаниматься этим пентакварком? Не тем, который был у нас, а именно этим.

- Только уже без Мити.

– Это как половины меня нету. Именно не половины команды, а половины меня. Но что тут поделаешь…

- Когда Митя рассказывал про эти ваши кварки, мне казалось, что он к ним относится как к животным.

– А что ж вы хотите? Когда вы с чем-то возитесь несколько лет, в этом появляется что-то личное.

- Вы не так нежно о них говорите.

– Ну, пожалуй… Пожалуй, Митя всё это более лично принимал.

- Он их называл, например, элегантными.

– Это до некоторой степени правда. У меня просто не столь эмоциональное к ним отношение, как было у Мити. Но это, наверное, уже разность характеров.

- Мне тоже вы с Митей казались довольно разными. Это в вашей работе играло какую-то роль?

– Ах вот вы о чём хотите знать… Играло. Большую. Митя обычно выступал со всякими безумными мыслями, а я – в роли охлаждающего критикана.

- У меня ещё припасён ваш "любимый" вопрос: о практическом значении…

– Ира!..

- Да. Я помню, что вы этого терпеть не можете.

– Я верю в то, что человек живёт не только для того, чтобы есть. Большинству людей жить просто интересно. Мы выясняем, как устроен мир. Мне кажется, что это одна из потребностей любого человека. Наравне с более материальными.

- Но я-то имела в виду всё-таки не очень материальное. Говорят, что физике элементарных частиц пришёл конец, всё давно открыто. А раз такие открытия продолжаются…

– Вот то, что "физике элементарных частиц пришёл конец", – это просто ерунда. Наоборот, мы в очередной раз пришли к пониманию того, что мы далеко не всё знаем. Это, конечно, касается не пентакварков. Вот мы долго считали, что про взаимодействие элементарных частиц понимаем почти всё. Последней частицей, которой не хватало для замечательного здания под названием "стандартная модель"…

- ...был бозон Хиггса!

– Был бозон Хиггса. И вот он открыт. Самое главное открытие на LHC, с моей точки зрения, – это не бозон Хиггса, а то, что не открыто ничего другого. Это удивительно. Этого никто не ждал. Теперь – всё. Стандартная модель завершена. Она оказалась правильной, в чём мы, в общем-то, не сомневались. И стало понятно, что мы не знаем, что дальше. Почти всё, что мы напридумывали за пределами "стандартной модели", провалилось. "Стандартная модель" не объясняет всего на свете. Она не объясняет, как устроена гравитация, что происходит при более высоких энергиях. Она не объясняет тёмную материю и тёмную энергию. Она не объясняет, почему у нейтрино есть масса. И вообще кучу вещей. Всё. Что дальше – мы просто не знаем. И это прекрасно.

Беседовала Ирина Тумакова, "Фонтанка.ру"