Новини

Всього : Фотографія :

5-го березня 2021 року на конференції в CERN була зроблена доповідь про відкриття одерона – елементарної частинки, яка свідчить про можливість існування матерії в зовсім іншій формі – без кварків, на відміну від звичної матерії навколо нас. Це фундаментальне відкриття вже зараз прирівнюють до відкриття топ-кварка й бозона Хіггса. Особливо приємно, що серед учасників грандіозного проєкту були й українські науковці, зокрема – професор фізичного факультету Київського національного університету імені Тараса Шевченка Володимир АУШЕВ.

Професор Аушев у закордонних центрах Німеччини, США, Японії працював від середини 90-х років до нинішнього часу – загалом понад 15 років. Має більше 180 публікацій у престижних міжнародних журналах із фізики високих енергій. Індекс Хірша 30. Докторська дисертація з фізики високих енергій. Як каже сам пан Володимир, сьогодні «стає реальністю те, що вчора здавалося абсолютно неможливим». Що ж є одерон – далі від співавтора відкриття елементарної частинки та наукової статті про її відкриття.

 Про невловимий одерон

Коли фізики зазирнули всередину протона, то виявили, що там існують найелементарніші цеглинки матерії – кварки. Дуже спрощено кажучи, кожен протон складається із трьох кварків. У кварків чимало незвичних властивостей, зокрема, спосіб взаємодії між собою. Теорія сильних взаємодій – квантова хромодинаміка (КХД) – стверджує, що кварки взаємодіють між собою завдяки обміну особливими частинками, які назвали глюонами (від англійського glue, клей). Глюони немов склеюють кварки між собою і таким чином утворюють не тільки протони, а й нейтрони і сотні інших елементарних частинок, які фізики відкрили на прискорювачах, зокрема на колайдерах.

Отже, весь наш світ побудований із кварків, які глюони зв’язують воєдино у вигляді частинок. Без них не було б у світі навіть атомів водню. Глюони є носіями сильних взаємодій, як фотони є носіями електромагнітних взаємодій. Але на відміну від фотонів, в теорії КХД немає заборони глюонам взаємодіяти між собою. Було розвинуто теорії, які описували об’єкти, що складалися лише із глюонів і не містили в собі кварків – так звані глюболи («глюонні кульки»). Фактично мова йде про іншу за складом форму матерії, а не просто про чергову елементарну частинку. Відкриття зв’язаних станів глюонів мало означати, що можна спостерігати фізичні тіла, які складалися б лише зі світла (фотонів), якщо проводити паралель між електромагнітними і сильними взаємодіями. Теоретики назвали одероном один із видів зв’язаних станів глюонів, які повинні містити непарну кількість глюонів (у найпростішому випадку – 3 глюони). Написано багато теоретичних статей на цю тему. До речі, великий внесок у розвиток теорії одерона зробили українські теоретики, зокрема в Інституті теоретичної фізики ім. М. Боголюбова. Від початку 1970-х років почалося справжнє полювання експериментаторів за одероном, яке завершилося перемогою лише наприкінці минулого року.

Про довгий шлях пошуку невловимої частинки

Упродовж майже 50 років гіпотеза про існування одерона то викликала бурхливі дискусії і сплеск експериментальних досліджень, то стихав ентузіазм і віра в перспективи його відкриття. Одерон здавався абсолютно невловимим. Врешті сформувалося розуміння, що його можна виявити в реакціях розсіяння пучків частинок із величезною енергією. Була запропонована ідея виявити одерон із порівняння експериментів на двох різних колайдерах при однакових енергіях. Один повинен був вивчати розсіювання протонів на протонах, а інший – розсіювання протонів на антипротонах, тобто на другому колайдері треба було прискорювати частинку антиматерії.

За реалізацію цього проєкту взялися дві міжнародні колаборації вчених. Перша, у якій ми брали активну участь, називалась D0. Наш Університет є офіційним членом колаборації D0. Експеримент проводився в Національній прискорювальній лабораторії імені Фермі (Fermilab) в США, поблизу Чикаго. У 6-кілометровому тунелі під землею був побудований колайдер, у якому протони стикалися з антипротонами при енергії близько 2 ТеВ. У місці зіткнення був розміщений наш детектор D0 – дуже складна конструкція розмірами 10×10×20 метрів і вагою близько 5,5 тисяч тон.

За всі роки проведення експерименту у колаборації D0 активно працювали 19 учасників групи нашого Університету. Більшість із них – молодь, майже всі вже захистили дисертації (за кордоном або в Україні). Ми виїздили на місце проведення експерименту і перебували там щороку по 3-6 місяців, наскільки це дозволяли американські закони. Чергували за пультом управління експериментом, були задіяні в обробці даних на машинах колаборації.

Про відкривачів одерона

Якщо брати лише наш D0, то це до тисячі учасників. У список щодо відкриття одерона ввійшли ті, хто зробив найбільш суттєвий внесок з боку двох колаборацій, загалом там понад 400 імен. За нинішніми мірками, для фізики високих енергій це не надто багато: до відкриття бозона Хіггса долучилися, здається, більше 3 тисяч науковців (у списку тих, хто брав участь в експериментах).

Одна з важливих технічних проблем, яку довелося подолати при проведенні експерименту: навколо нас немає антиматерії, зокрема, потрібних нам антипротонів. Щоб їх прискорювати в колайдері, треба було спочатку згенерувати їх спеціальними методами і впустити в колайдер Теватрон. Інша проблема: пружне розсіювання за таких енергій характеризується малими кутами відхилення. Потрібно було будувати спеціальний пристрій, щоб працювати на малих кутах. Зрештою всі ці проблеми було подолано, ми одержали результат, але він не міг бути переконливим доказом існування одеронів без другої компоненти – експериментів із взаємодії протонів із протонами за тих самих енергій. Такі з’явилися згодом на Великому Адронному Колайдері (ВАК). Але тут виникла інша проблема: ВАК не міг спуститися до енергій Теватрона, він працював за більших енергій. Тобто не можна було повторити експеримент за абсолютно тих самих енергій. Вихід було знайдено в тому, щоб провести вимірювання за кількох різних енергій і за характером поведінки апроксимувати до енергій Теватрону. Тут також зіткнулися з проблемою виміру малих відхилень розсіяних частинок. Жодна з працюючих там інших колаборацій – LHCb, ALICE, CMS, ATLAS – не могла провести таке вимірювання. Щоб побачити відхилення в кілька міліметрів, на відстані 200 метрів від місця взаємодії довелося будувати додатковий детектор TOTEM (це зробила окрема колаборація з тим самим іменем). Саме у співпраці D0 і TOTEM вдалося переконливо довести існування одерона.

Про перспективи нової частинки

CERN уже заявляє, що одерон стане предметом їхньої гордості. З усіх 60 частинок, відкритих там, найбільш значущий, який вони виносять на прапор, – бозон Хіггса. Схоже, що тепер таким буде й одерон, уже зараз про нього говорять як про одне з найбільших відкриттів у CERN та Fermilab. Тобто, можливо, мова йде про майбутню Нобелівську премію – настільки важливим було відкрити одерону для фундаментальної фізики.

З інтерв’ю Володимира Аушева для Газети «Київський університет»

Центр комунікацій