Так выглядит клистрон — основной элемент ускорителя.
На пути к «теории всего»
Впрочем, ловят бозон Хиггса не только для того, чтобы убедиться в справедливости предвидения профессора, найти еще одного кандидата на роль «первокирпичика Вселенной». Гипотетическая частица, по мнению многих ученых, позволит сделать очередной шаг по созданию Стандартной модели мира или Единой теории, которую иногда также называют «теорией всего».
Сейчас исследователям известно четыре типа фундаментальных взаимодействий между частицами. Первое и наиболее общее взаимодействие — гравитационное, которое испытывают все частицы без исключения. Оно проявляется в том, что все материальные объекты, будь то микрочастицы или макротела, притягиваются друг к другу с силой, пропорциональной их массам. Это взаимодействие по собственным ощущениям знает каждый человек, а описывается оно законом всемирного тяготения.
Переносчиками гравитационного взаимодействия по идее должны быть гравитоны — электрически нейтральные частицы, которые не имеют массы покоя и распространяются со скоростью света. При обычных плотностях материи гравитационное взаимодействие чрезвычайно слабо. По этой причине гравитоны до сих пор не найдены, хотя их пытаются обнаружить не один десяток лет.
В ядре работают другие силы — электромагнитные. Именно электромагнитное взаимодействие определяет структуру атомов, молекул, а значит, в конечном счете то, что окружающий нас мир таков, каков он есть. Это взаимодействие присуще только электрически заряженным частицам — электронам, протонам, заряженным мезонам. Обеспечивается оно квантами электромагнитного поля — фотонами, которые, подобно гравитонам, не имеют ни заряда, ни массы покоя и распространяются со скоростью света.
Третье, так называемое слабое, взаимодействие наиболее отчетливо проявляется в процессах с участием нейтрино — электрически нейтральной частицы, которая тоже, вероятно, не имеет массы покоя. Слабое взаимодействие имеет одно очень важное свойство: будучи действительно несильным при сравнительно малых энергиях, оно быстро усиливается с ростом энергии взаимодействия. При энергиях порядка нескольких сот гига-электрон-вольт слабое взаимодействие по своему влиянию уравнивается с электромагнитным.
Квантами — переносчиками слабого взаимодействия служат так называемые W- и Z-мезоны — очень тяжелые частицы, с массой примерно 80 и 90 ГэВ соответственно. Интересно, что эти частицы, подобно планете Нептун, были открыты теоретически, «на кончике пера». И лишь затем в начале 1983 года W- и Z-мезоны были обнаружены в экспериментах.
И наконец, четвертое фундаментальное взаимодействие, самое сильное из всех, так и называется сильное. Оно примерно в сто раз сильнее электромагнитного и присуще тяжелым ядерным частицам — нуклонам (протонам и нейтронам), пионам (разновидности мезонов) и их «сородичам». Из этих частиц, именуемых адронами, состоят атомные ядра, а в ходе их взаимодействия выделяется ядерная энергия. В последние двадцать лет выяснилось, что адроны — не элементарные частицы; они состоят из кварков, склеенных друг с другом глюонами.
Таким образом, как мы видим, в мире имеется четыре вида взаимодействий, которые, казалось бы, радикально отличаются друг от друга как по силе, так и по своим особенностям. «Но стоит задуматься, — полагают ученые, — а всегда ли было такое различие между этими взаимодействиями? Нет ли между ними внутренней связи, которая указывала бы на их происхождение от единого, более универсального взаимодействия в результате спонтанного нарушения симметрии?..»
Сейчас на этот вопрос с большой степенью вероятности можно дать утвердительный ответ. В первую очередь это касается электромагнитных и слабых взаимодействий. Во всяком случае, теория говорит о том, что электромагнитное и слабое взаимодействия — «потомки» одного, так называемого электрослабого, взаимодействия. А носителем этого взаимодействия должен быть как раз бозон Хиггса. Получается, эта частица обязательно должна существовать — иначе рушится сама теория.
С. НИКОЛАЕВ, научный обозреватель «ЮТ»
В Европейском исследовательском центре готовятся к новым экспериментам.
РАЗБЕРЕМСЯ, НЕ ТОРОПЯСЬ…
Ах, какие пузыри!
Вряд ли есть на Земле человек, который бы ни разу в жизни не видел мыльных пузырей. Эта детская забава миллионов и миллионов людей для физиков предмет изучения. Недаром великий английский физик лорд Кельвин в одной из своих лекций сказал: «Выдуйте мыльный пузырь и посмотрите на него. Вы можете заниматься всю жизнь его изучением, не переставая извлекать из него уроки физики». Так что же удивительного находят в мыльном пузыре ученые?
«Частокол» из ПАВа
Вы никогда не задумывались, почему мыльная вода, в отличие от обычной, способна раздуваться пузырями. Оказывается, все дело в том, что у мыльной воды меньше поверхностное натяжение. Обеспечивают же это так называемые ПАВы — поверхностно-активные вещества, содержащиеся в мыле.
«Каждая молекула ПАВ — это удлиненная цепочка, состоящая из многих атомов водорода и углерода», — пишет по этому поводу профессор Я.Е. Гегузин в своей работе, посвященной… — вы догадались правильно… — опять-таки пузырям.
Так вот каждая молекула-цепочка ПАВ обладает очень важной особенностью — концы ее имеют различные свойства: один конец охотно соединяется с водой, а вот противоположный «хвостик» — напротив, ее боится. Поэтому молекулы мыла на поверхности воды всегда выстраиваются так, что с жидкостью соприкасаются лишь те концы, которые испытывают к воде влечение, то есть являются гидрофильными.
В итоге на поверхности воды образуется тонкая мыльная пленка, состоящая их двух «частоколов», образованных молекулами ПАВ, и некоторое количество мыльной воды между ними. Эта трехслойная структура достаточно прочна и эластична, чтобы, не лопаясь, выдерживать напор сжатого воздуха.
Индийские химики разглядели в мыльной пленке миристиновокислого натрия необычные структуры, напоминающие кубки, чаши, кувшины…
Знаменитый английский физик лорд Рэлей, в свое время тщательно исследовавший эту пленку, сделал открытие, добавившее блеска к его научной славе. Он разъяснил, почему при раздувании мыльная пленка лопается далеко не сразу. Оказывается, по мере растяжения в ряды «частоколов» вставляются все новые молекулы ПАВ из резерва. И пузырь в спокойном воздухе лопается лишь после того, как этот резерв будет полностью исчерпан. Именно это позволяет некоторым умельцам выдувать пузыри диаметром более 4 метров!
Если же оболочку мыльного пузыря ткнуть иголкой или просто пальцем, он, как всем известно, тут же лопнет. Почему? Скоростная киносъемка, проведенная уже во второй половине XX века советским исследователем М.О. Корнфельдом, показала, что и как при этом происходит.
Оказывается, при нарушении целостности пленки молекулы ПАВ ведут себя согласно всем канонам военной науки. Поняв, что единый фронт уже не удержать, оставшиеся молекулы стягиваются в «кулак», то есть в каплю, из которой затем можно бы было выдуть следующий пузырь. Но так получается далеко не всегда — сжатый воздух, выходящий из пузыря, довольно часто рвет пленку на отдельные лоскуты, которые затем собираются лишь в мелкие капли.
