Новая частица микромира
М. И. Соловьев
В конце марта весь мир облетело сообщение об открытии новой, ранее не наблюдавшейся частицы — анти-сигма-минус-гиперона.
В конце марта весь мир облетело сообщение об открытии группой ученых Объединенного института ядерных исследований (г. Дубна) новой, ранее не наблюдавшейся частицы — анти-сигма-минус-гиперона.
Значение этого события для науки огромно. С карты микромира исчезло еще одно белое пятно. И знаменательно, что сделано это было в дни, когда все прогрессивное человечество готовилось к празднованию девяностолетия со дня рождения великого Ленина. Обнаружение новой элементарной частицы — прекрасная иллюстрация гениальной ленинской идеи о неисчерпаемости свойств материи. Этим открытием замечательный коллектив ученых ряда социалистических стран продемонстрировал, какие плоды приносит подлинное международное сотрудничество, единственной целью которого является служение науки миру и прогрессу.
Редакция обратилась к научному сотруднику лаборатории высоких энергий Объединенного института ядерных исследований М. И. Соловьеву, принимавшему участие в открытии новой частицы, с просьбой ответить на наши вопросы.
— Какая частица открыта в Объединенном институте ядерных исследований и что о ней сейчас известно?
— В результате работы большого коллектива ученых удалось в марте месяце этого года обнаружить новую элементарную частицу — анти-сигма-минус-гиперон.
Из самого названия следует, что она относится к гиперонам — частицам, более тяжелым, чем протоны и нейтроны («гипер» означает «сверх»). Слово «анти» говорит о том, что мы имеем дело с античастицей.
Физикам известны частицы, называемые сигма-гиперонами; причем существуют как положительно заряженные сигма-гипероны, так и отрицательно заряженные (сигма-минус-гипероны); имеется и нейтральный сигма-гиперон.
По современным представлениям наряду с частицами должны существовать античастицы.
При взаимодействии частиц с античастицами может происходить их аннигиляция — превращение в новые частицы. Так вот, исходя из теории, ясно было, что, в частности, и для сигма-минус-гиперона должна быть античастица, то есть анти-сигма-минус-гиперон, Однако до самого последнего времени существование такой частицы экспериментально не было доказано.
Теперь же анти-сигма-минус-гиперон открыт и «перекочевал» в списки существующих частиц. Как и сигма-минус-гиперон, он имеет массу в 2 340 раз большую, чем масса электрона. Заряд открытой античастицы положительный. Новая частица живет одну десятимиллиардную долю секунды, после чего распадается на положительный пи-мезон и антинейтрон, тогда как при распаде сигма-минус-гиперона образуются отрицательный пи-мезон и нейтрон.
— Как была обнаружена новая частица?
— Группа физиков лаборатории высоких энергий, руководимая вице-директором института профессором Ван Ган-чаном (Китай) и академиком В. И. Векслером, занимается изучением взаимодействий отрицательных пи-мезонов с энергией более 8 миллиардов электроновольт с ядрами водорода и углерода. Пучок пи-мезонов, получаемый в результате соударения ускоренных на синхрофазотроне до энергии 10 миллиардов электроновольт протонов с ядрами мишени (из бериллия), направляется в пропановую пузырьковую камеру.
Пузырьковая камера — это сосуд, в котором находится жидкость под давлением. Перед приходом частиц жидкость перегревают, резко понижая давление. Заряженная частица при движении в такой жидкости образует на своем пути след из пузырьков пара. Работа камеры синхронна с работой ускорителя. Через 2—3 тысячные доли секунды после прохождения заряженной частицы рабочий объем камеры освещается импульсной вспышкой света и фотографируется специальным стереофотоаппаратом. Камера помещена в магнитное поле, которое отклоняет положительно и отрицательно заряженные частицы в разные стороны; чем больше скорость частицы, тем отклонение меньше. Проходя через камеру, наполненную жидким пропаном, отрицательно заряженный пи-мезон имеет возможность столкнуться с ядром водорода или углерода, входящих в состав пропана. Результаты такого взаимодействия и запечатлеваются на фотографии.
Затем снимки просматриваются на стереолупах и отбираются те, на которых сфотографированы интересующие физиков события. На специальных микроскопах я измерительных автоматах производится определение координат следов на пленке, а затем на электронно-вычислительной машине рассчитываются истинные пространственные координаты следов, углы, импульсы (та есть скорости частиц). После этого производится анализ данных и устанавливается вид взаимодействия.
Прежде чем удалось обнаружить анти-сигма-минус-гиперон, было проанализировано 40 тысяч стереофотографий.
— Какое значение имеет сделанное открытие?
— Ответить на этот вопрос можно было бы одним словом — громадное. Ведь изучение свойств новых частиц, их превращений позволяет физикам глубже проникнуть в тайны атома, познать закономерности сложнейших процессов, протекающих а микромире, выяснить внутреннюю структуру элементарных частиц (которые мы так и называем, подчеркивая тем самым тот факт, что структура их пока еще неизвестна).
И чем больше мы будем узнавать о свойствах элементарных частиц, тем скорее станет возможным создание совершенной теории.
Несомненно, что когда будут накоплены достаточные знания, откроются и пути их практического использования.
— Ученые каких стран принимали участие в работе, завершившейся открытием анти-сигма-минус-гиперона?
— Я уже говорил, что полученный результат — это итог труда большого коллектива ученых, дружно работавших в течение нескольких лет.
Кроме того, что мы располагали таким ускорителем, как синхрофазотрон на 10 миллиардов электроновольт, нужно было еще сконструировать и изготовить соответствующую аппаратуру, получить большое число фотографий, просмотреть и обработать их.
Весь комплекс этих исследований выполнила группа сотрудников лаборатории высоких энергий нашего института под руководством профессора Ван Ган-чана (Китай) и академика В. И. Векслера (СССР). В эту группу входили: Н. М. Вирясов; Е. Н. Кладницкая, А. А. Кузнецов, А. В. Никитин и М. И. Соловьев (СССР), Ван Цу-цзен, Дин Да-цао (Китай), Нгуен Дин Ты (Демократическая Республика Вьетнам), А. Михул (Румыния), Ким Хн Ин (Корейская Народно-Демократическая Республика), И. Врана (Чехословакия). Большой вклад в общее дело внес С. Отвиновский (Польша). Он развил методику измерения ионизации для определения, какой заряженной частицей образован след — протоном, мезоном или электроном.
Кроме двух физиков старшего поколения, все остальные участники работы — это молодежь. Подавляющему большинству нет еще и тридцати лет. Очень многие пришли в лабораторию сразу же после окончания высшего учебного заведения. Здесь их учителями и руководителями стали такие прекрасные ученые, как академик В. И. Векслер и профессор Ван Ган-чан. Теперь недавние студенты уже опытные физики, которые охотно делятся своими знаниями с вновь прибывшими молодыми специалистами из Болгарии, Китая и других стран.
Конечно, успеху дела способствовала слаженная работа всего коллектива инженеров и техников, обслуживающих ускоритель. Без их помощи мы не могли бы получить такой большой материал.
В заключение хочу отметить, что на фотографиях зафиксировано много и других интересных взаимодействий, изучение которых сейчас, проводится и имеет очень большое научное значение.
Читайте в любое время
