Иногда лучшие открытия — те, которых не искал
Знаете это чувство, когда идешь в магазин за молоком, а возвращаешься с полной тележкой всякого добра? У физиков из Национальной ускорительной лаборатории имени Томаса Джефферсона только что случился точно такой же момент, только на уровне элементарных частиц.
Эти ребята охотились за одной экзотической частицей — Y(2175). Загадочная штуковина, которая не давала покоя ученым с 2006 года. А нашли они две совершенно новые структуры, которых никто не ожидал. И между нами говоря? Может, это даже круче, чем то, за чем они изначально пёрлись в лабораторию.
«Мы искали подтвержденного кандидата XYZ с фотонным пучком, а вместо этого нашли две другие структуры,» — сказал Мальте Альбрехт, научный сотрудник Jefferson Lab. — «Это новая информация.»
Теперь, не знаю как вы, но «новая информация» в физике обычно означает «мы только что приоткрыли дверь в нечто потрясающее.»
Что такое состояния XYZ?
Тут начинается самое интересное. Вы наверняка помните из школы, что атомы состоят из протонов, нейтронов и электронов. А протоны и нейтроны — из еще более мелких частиц под названием кварки. Проще простого, да?
Ну так вот, вселенная решила, что этого мало.
Есть частицы, которые ну никак не вписываются в нашу удобную картинку. Это состояния XYZ — целое семейство субъядерных частиц, которые играют по своим собственным правилам. Они не похожи на обычные кварк-антикварковые пары (их называют мезоны). И не похожи на стандартные тройки кварков (типа протонов и нейтронов). Они вообще непонятно что.
Может, это «гибридные» частицы с возбужденными глюонами (это такие частицы, которые склеивают кварки вместе). Может, «тетракварки» — конфигурации из четырех кварков, звучит как что-то из научной фантастики. А может, вообще что-то такое, что мы пока даже представить не можем.
«Один из моих коллег сравнил это с 1950-ми годами,» — рассказал Франк Нёрлинг, физик, работающий над проектом. — «Тогда исследователи вдруг обнаружили целый «зоопарк» частиц. Сейчас мы видим нечто похожее — целый зоопарк этих экзотических состояний.»
Загадка Y(2175)
Давайте поговорим конкретно про Y(2175). Впервые замечена в 2006 году в эксперименте BaBar в Стэнфордской лаборатории. С тех пор почти двадцать лет не дает покоя ученым.
Что в ней такого странного? Во-первых, она обитает в области «странных» кварков — грубо говоря, это район частиц, содержащих странные кварки. Но Y(2175) ведет себя немного... не так. Ее квантовые свойства не совпадают с тем, что мы ожидаем от обычной кварк-антикварковой пары.
Самая загвоздка? Каждый раз, когда ученые находили эту частицу, они использовали один и тот же метод: сталкивали электроны с позитронами (их антиматериальными близнецами). Это как если бы вы находили определенную птицу только в одном конкретном лесу — начинаешь задумываться, а вдруг ты просто не замечаешь, где она еще может жить.
До недавнего времени так и было. Пока на сцену не вышел эксперимент GlueX в Jefferson Lab.
Другой ракурс
Вот что делает это открытие по-настоящему интересным: ученые использовали фотонный пучок, бьющий по протонной мишени. Сравните это с электрон-позитронными столкновениями, которые до сих пор были единственным способом засечь Y(2175).
Представьте себе: вы всю жизнь находили четырехлистные клеверы только на солнечных лужайках. А потом кто-то решил поискать их в тенистом лесу и нашел не просто новые четырехлистники, а два совершенно новых вида клевера, о которых никто не знал.
Примерно это тут и произошло.
«Мы в новой эре,» — заметил Нёрлинг. И он прав — после десятилетий Стандартной модели, которая давала нам четкие ответы о поведении частиц, мы вдруг оказались в ситуации, где экзотические частицы не хотят укладываться в наши аккуратные категории.
Почему вас это должно волновать?
Справедливый вопрос. Большинство из нас не физики-частичники, и шансы, что это напрямую повлияет на ваш вторник, довольно призрачны.
Но вот почему это важно: мы фундаментально узнаем больше о том, как устроена реальность на самом базовом уровне. Сильное ядерное взаимодействие — одна из четырех фундаментальных сил природы — удерживает кварки вместе, формируя все, что мы видим. Эти экзотические состояния XYZ, по сути, сильное взаимодействие показывает нам, на что оно способно, создавая структуры, которых мы не ожидали.
Каждый раз, когда мы находим что-то, бросающее вызов нашим моделям, мы должны спросить себя: неужели наше понимание неполно? Или вселенная просто креативнее, чем мы думали?
Исходя из этих результатов? Я бы поставил на то, что вселенная креативнее.
Охота продолжается
Что дальше? Ученым нужно подтвердить эти две новые структуры и разобраться, что они из себя представляют. Гибриды? Тетракварки? Что-то совсем другое?
Хорошая новость в том, что теперь есть несколько методов обнаружения (фотонные пучки и электрон-позитронные столкновения). Это значит, что ученые могут сверять данные и строить более полную картину. Как если бы у нас было несколько свидетелей одного и того же загадочного события — чем больше точек зрения, тем яснее становится история.
И знаете что? Мне нравится, что эти физики наткнулись на что-то неожиданное. Наука редко идет по прямой от вопроса к ответу. Лучшие открытия часто случаются, когда просто держишь глаза открытыми, а вселенная вдруг подбрасывает сюрприз.
Мальте Альбрехт выразился完美но: «Это новая информация.»
Новая информация. И в области, где нам постоянно напоминают, как много мы еще не понимаем, это звучит как отличная точка для старта.