Открытие t-кварка Дональд Перкинс

Но в 1965 году Дж.Белл отыскал такой способ! Оказалось, что существует целый ряд экспериментальных ситуаций, в которых для определенных линейных комбинаций измеряемых на опыте величин все теории со скрытыми параметрами предсказывают результат, меньший, чем квантовая механика. При этом на возможные скрытые параметры как микрочастицы, так и макроприбора накладывается лишь требование локальности, т.е. совместимости с теорией относительности. Эти линейные комбинации, носящие название неравенств Белла, измерены в нескольких опытах с фотонами и протонами. Результаты опытов полностью совпали с предсказаниями квантовой механики. Исключить нелокальные скрытые параметры экспериментально не возможно. Но, с точки зрения теории, их существование противоречит теории относительности, правильность основных выводов которой подтверждена в сотнях экспериментов на ускорителях, в космических лучах и в атомной промышленности. То есть, любым ниспровергателям сугубо вероятностной квантовой механики придется "в качестве дополнительного упражнения" переформулировать соответствующим образом теорию относительности.

Надо отметить, что в последние десятилетия  подобная переформулировка стала представляеться  не столь невозможной. Похоже, что  в многомерных пространствах  возможно выбрать такую метрику, которая, с одной стороны, не нарушает ньютоновский закон гравитации и теорию относительности Эйнштейна в четырехмерии, а с другой - через дополнительные измерения принципиально позволяет передавать сигналы между двумя точками четырехмерного пространства быстрее скорости света. Можно предположить, что с помощью подобных теорий появится возможность построения "причинной квантовой механики" или наоборот, будет поставлен эксперимент, который позволит окончательно опровергнуть любые теории со скрытыми параметрами.

Для восторженных и легковерных читателей особо  стоит отметить, что путь, описанный  в предыдущем абзаце, лишь ГИПОТЕЗА, которая может оказаться ложной при более пристальном рассмотрении. Кроме того, не все так гладко с выбором метрики. Как ни жаль, но подробное обсуждение данных вопросов далеко выходит за рамки популярного введения в физику элементарных частиц.

Любопытный и, пожалуй, удивительный для неспециалистов факт заключается в том, что предсказания квантовой механики и квантовой теории поля с экспериментальной точки зрения подтверждены гораздо точнее, чем предсказания классической механики и теории относительности. Например, согласие между теоретическими предсказаниями и экспериментальным результатом для аномального магнитного момента электрона составляет 11 знаков после запятой, в то время как характерная точность совпадения теории и эксперимента в классической физике 3-4 знака после запятой.

В заключение скажем несколько слов о реальности элементарных частиц. Действительно, элементарные частицы невозможно ни потрогать, ни понюхать, ни увидеть, ни попробовать на вкус. Информацию об их существовании ученые получают посредством громоздких детекторов, которые выдают для обработки наборы электрических или световых сигналов. Только специальным образом анализируя полученные сигналы, физики могут изучать свойства элементарных частиц. На первый взгляд, нет абсолютно никакой гарантии, что в длинной цепочке передачи сигнала из микромира к макроскопическому наблюдателю физики-экспериметаторы правильно учитывают помехи, ошибки или искажения первичной информации. Следовательно, элементарные частицы могут оказаться лишь мороком, неправильной интерпретацией искаженных сигналов. Иное дело - макроскопические объекты. Человек может узнать характеристики макроскопических объектов без всяких посредников, только при помощи органов чувств. Поэтому в реальности макроскопического окружающего мира, как правило, не сомневается. Но так кажется только на первый весьма повехностный взгляд.

Работа ЛЮБОГО органа чувств человека в макромире принципиально не отличима от работы макроприбора для изучения микромира. В качестве примера рассмотрим зрение. Пусть человек видит стол. Что происходит на самом деле? Солнце испускает огромное число фотонов. Они взаимодействуют с атомами стола, переизлучаются во все стороны и малая их часть попадает в глаз. Хрусталик глаза, в свою очередь, фокусирует фотоны на сетчатке, где в результате химической реакции с палочками и колбочками возникают электрические сигналы. Эти сигналы по нервным волокнам передаются в мозг, который путем сложного анализа поступившей информации воспроизводит изображение стола. Естественно, что реальность зрительного восприятия можно проверить при помощи иных органов чувств, например, попробовать укусить стол зубами или ударить по нему кулаком. В результате подобных действий в мозг уйдет независимый сигнал от зубов или рук, подтверждающий сигнал от глаз. Но, аналогично рассмотреному выше примеру, реальность элементарных частиц, универсальность их свойств подтверждается множеством детекторов принципиально различных конструкций (камеры Вильсона, счетчики Гейгера во всех модификациях, пропорциональные камеры, черенковские счетчики, ионизационные калориметры десятков различных систем). Этот набор макроприборов гораздо богаче, чем пять человеческих чувств! А результаты независимых измерений характеристик микрочастиц, выполненных этими приборами, прекрасно согласуются друг с другом. Именно поэтому физики считают, что, скажем, -бозон, полученный на электрон-позитронном коллайдере в CERNе, не менее реален, чем стол или табурет в вашей квартире, а кварк внутри протона такой же элемент Вселенной, как и президент США, хотя ни первого, ни второго среднестатистический (российский) ученый живьем не видел.

Правда, всегда можно удариться в солипсизм. Против лома солипсизма нет сугубо научного приема. Сторонникам солипсизма остается только посоветовать перестать  представлять, что они читают данную нудную статью, и заняться чем-нибудь более приятным. Читателям, всерьез заинтересовавшимся обсуждаемыми выше вопросами, для более глубокого изучения можно порекомендовать книги [1]-[5].

На этом краткое  популярное введение в физику микромира  можно закончить и перейти  непосредственно к книге Дональда Перкинса.

Одинадцать лет  назад "Энергоатомиздат" выпустил перевод третьего английского издания  прекрасной книги британского ученого, профессора физики Оксфордского университета Дональда Перкинса "Введение в физику высоких энергий" (тираж 3000 экз). Книга поистине уникальная. Во-первых, в сравнительно небольшом объеме последовательно и весьма подробно изложены результаты всех ключевых экспериментов в физике микромира и четко показано, как каждый из этих экспериментов повлиял на становление теории элементарных частиц. Во-вторых, не может не поражать уровень изложения. Книга может быть полезна и третьекурснику, только начинающему в рамках курса общей физики изучать элементарные частицы, и старшекурснику, и аспиранту и даже сложившемуся ученому, желающему четко, ясно, быстро и глубоко уяснить себе конкретный вопрос в физике микромира. Много интересных методических находок найдут у Д.Перкинса популяризаторы науки. Мне не известно ни одной столь же универсальной книги!

Однако с момента  выхода английского издания (1987 год) прошло порядочное время. Физика элементарных частиц шагнула далеко вперед. И  вот в 2000-ом году издательство "Cambridge University Press" выпустило в свет четвертое переработанное и дополненное издание "Введения ...". Спустя два года книга в России не переведена, хотя ситуация с выпуском научной литературы за последние три года у нас в стране весьма улучшилась.

Предлагаю сетевым читателям перевод одного параграфа из нового издания "Введения...". В этом параграфе рассказывается об открытии последнего и самого тяжелого из кварков -кварка. Из данного параграфа читатель не физик сможет до некоторой степени понять экспериментальные трудности и методы их обхода, характерные для современной физики элементарных частиц. Открытие -кварка произошло относительно недавно - в 1995 году. На русском языке пока нет ни одного глубокого, но в тоже время и достаточно популярного изложения этого крупного достижения физики частиц.

Переведенный параграф предназначен прежде всего для студентов физичиских специальностей ВУЗов, но может оказаться полезным читателям, интересующимся фундаментальными научными открытиями. В последнем русском издании книги Д.Перкинса переведенный материал должен соответствовать параграфу 5.16.

Данная статья является составной частью сетевого проекта "Студентам о новейших достижениях в физике элементарных частиц" [6]. В 2001 году в рамках данного проекта была опубликована заметка Г.Фрейзера "Мелодрама под названием "Время искать Хиггс" [7] об интригующих, но, увы, безрезультатных поисках бозона Хиггса на электрон-позитронном коллайдере LEP в CERN-e.

В заключение необходимо отметить, что приведенные в русском  издании 1991 года предварительные экспериментальные  данные CERN-а по успешному поиску -кварка в распаде и измерению 40 ГэВ не подтвердились. В настоящее время масса самого тяжелого кварка считается равной ГэВ, поэтому -кварк не может быть продуктом распада -бозона. Наоборот, -бозон является одним из продуктов распада -кварка.