В поисках первоначального хаоса
Физики не оставляют попыток понять, как было устроено вещество в первые мгновения после Большого взрываВ минувшие выходные в Москве завершилась VIII Международная конференция по ядерной физике "Ядро-ядерные столкновения-2003" (NN-Collision-2003). В этом крупнейшем научном форуме физиков, проводимом раз в три года в столицах мира, участвовали более 250 исследователей из 32 стран. В России и в СССР эта конференция прошла впервые. Председатель оргкомитета конференции, научный руководитель Лаборатории ядерных реакций Объединенного института ядерных исследований в Дубне, академик Юрий Оганесян в эксклюзивном интервью для "НГ-науки" рассказал о последних доятижениях в этой области физики.
-Юрий Цолакович, программа конференции очень обширна. Тут и результаты исследований кварк-глюонной плазмы, и уравнения состояния ядерной материи, и ядерная астрофизика, и сверхтяжелые химические элементы... В какой из этих областей у российских исследователей наиболее интересные результаты?
- Сейчас время изменилось по сравнению с тем, что было 10-15 лет назад. Многие мои коллеги работают во всех тех областях, которые на этой конференции обсуждаются. Многие из них участвуют, например, в экспериментах по кварк-глюонной плазме в Европейской лаборатории ядерных исследований (CERN, Женева), в исследовательских центрах в Америке, Германии, во Франции... Русская наука сейчас, может быть, как это всегда стоило бы говорить о науке, не привязана географически к какому-то городу. И наши ученые очень часто в международных коллаборациях занимают ключевые позиции.
- Насколько я понимаю, на конференции, если сформулировать кратко, речь идет о весьма экзотических состояниях вещества. Какие особенности этого состояния?
- Чтобы исследовать любое вещество, его надо или нагреть, или подвергнуть действию высокого давления. Это дает возможность понять, как оно реагирует на внешние воздействия. В результате можно написать, как говорят физики, уравнение состояния этого вещества, сказать, на что оно похоже - жидкость, твердое тело, газ, либо на все вместе в зависимости от условий. Все это нацелено на то, чтобы понять, что из себя представляет ядерное вещество. Ведь строгой теории ядерного вещества, ядра нет до сих пор. Есть модели, которые описывают то или иное поведение ядерного вещества, но полной теории, которая объединяла бы и описывала все известные эффекты, не существует.
В атомной физике такая теория существует. Планетарная модель атома предложена еще Резерфордом: вся масса сосредоточена в ядре, весь заряд - в ядре, вокруг - электронные орбитали. Электродинамика и квантовая механика описывают эту структуру в разных своих модификациях. А вот собственно для ядерного вещества еще нет такой строгой теории. Поэтому физики и подвергают это ядерное вещество всевозможным воздействиям.
Какого сорта воздействия? Предположим, мы уйдем от обычного состояния и посмотрим ядро, в котором очень много протонов, но мало нейтронов; или в другую сторону - мало протонов и много нейтронов. Как будут выглядеть эти состояния, насколько они стабильны или нестабильны, как они будут распадаться и т.д. То же самое можно сказать про сверхтяжелые элементы. Что будет, если двигаться все дальше и дальше в сторону увеличения порядкового номера элемента? Какие это будут элементы? Мы можем это предсказать на основе той или иной модели, но пока еще не на основе теории.
- Меня поразило название одного из докладов - "Кластерная структура ядра". Для неспециалиста это звучит очень странно: мельчайшее образование материального мира, атомное ядро, и вдруг - само имеет в своей структуре некие кластеры...
- Давно было замечено, что, если очень сильно нагреть ядро, оно начинает выбрасывать, испарять частицы. Но испаряет их в очень интересном сочетании. Может испарить нейтроны, протоны, может испарить альфа-частицы - два протона и два нейтрона. А вот промежуточных состояний нет. Это означает, что два протона и два нейтрона организуют связанный кластер, который сидит внутри ядра и который, если ядро сильно разогреть, может вылететь. Чем больше ядро нагреешь, тем больше кластеров вылетит. На этом экспериментальном факте и строятся некие представления о кластерной модели ядра: при определенном сочетании протонов и нейтронов в ядре могут существовать сильносвязанные кластеры.
Отдельный вопрос - о кварк-глюонной плазме. Протон и нейтрон состоят из трех кварков. По крайней мере так принято считать сейчас по так называемой стандартной модели. Эти три кварка связаны друг с другом глюонами (glue - клей по-английски). То есть кварки "склеены" глюонами. Считается, что кварки и глюоны образовались примерно 20 миллиардов лет назад, сразу после Большого взрыва. И образовались они в виде некоего беспорядочного "супа", "бульона" - из кварков и глюонов. На языке физики этот "суп" и называется кварк-глюонная плазма. Потом в этом "бульоне" начал устанавливаться порядок. Сцепляются три кварка с глюонами; кварки немножко разные - из одного получился протон, из другого - нейтрон. Протоны и нейтроны затем начали соединяться в ядра. Ядра обросли электронами - получились атомы; атомы начали взаимодействовать друг с другом - получились молекулы... Вот, собственно, наш мир.
Пойдем назад, давайте из порядка устроим первоначальный беспорядок, убедимся в том, что изначально были кварки и глюоны. Для этого нам надо протоны и нейтроны как-то нагреть, столкнуть. И тогда мы должны получить тот самый первозданный "суп".
- Экспериментально это состояние кварк-глюонной плазмы уже получено?
- Это одна из тем, которая обсуждается на конференции. До сих пор яркого, явного эффекта, указывающего на то, что в протон-нейтронном взаимодействии возникают кварки и глюоны, нет. Были так называемые указания. Это были эксперименты, сделанные на ускорителе в CERN на очень больших энергиях, когда сталкиваются два атома золота. Теперь в Америке, в Брукхевене, запустили новый ускоритель (коллайдер, сталкиватель) RICH, где энергия еще выше. На этой конференции как раз и будет рассказано - подтверждаются ли на RICH сигналы, полученные в CERN? Если данные подтверждаются, то это означает, что действительно сразу после Большого взрыва существовало такое состояние вещества, как кварк-глюонная плазма.
- Еще один вопрос, связанный с вашей работой по синтезу сверхтяжелых элементов. Опять же сошлюсь на название одного из докладов - "Химическое изучение сверхтяжелых элементов". Правомерно ли говорить о каких-то химических свойствах, когда мы имеем субстанцию, которая существует в лучшем случае секунды?
- Конечно. Атом, например, получается за 10-14 секунд. То есть, если ядро проживает больше, чем 10-14 секунд, у него обязательно появится электронная орбиталь, оно обрастет электронами и разницы между таким атомом и атомом, который живет миллионы лет, нет никакой. Поэтому все, что живет больше, чем 10-14 секунд, можно считать атомами и изучать их.
К сожалению, в распоряжении химии нет достаточно быстрых средств для исследования таких объектов. Поэтому реально сегодняшняя химия более или менее уверенно оперирует с атомами, которые живут более секунды.
- Таким образом, речь идет о рождении новой химии...
- Да. Химия - это строгая наука. Периодическая система элементов, предложенная Менделеевым, затем была рассчитана Нильсом Бором с помощью квантовой механики. Вопрос - насколько периодическая система верна для более тяжелых, не известных еще сверхтяжелых элементов? Теория предсказывает: когда вы пойдете к сверхтяжелым элементам, могут проявиться так называемые релятивистские эффекты. Может оказаться, что строгая периодичность немного "поползет" в области сверхтяжелых элементов. Пока теоретики не могут сказать точно - как "поползет"; но то, что "поползет" - это точно. Так что понятно, почему химики сразу ухватились за возможность поработать с экзотическими сверхтяжелыми ядрами, которые живут больше секунды.
|
из архива за: 25.06.2003 рубрика: Наука |
|
