Алексей Алексенко /

Протон и нечистая сила

Природа не устает удивлять, а люди не устают удивляться. Ну что за беда, если иногда они удивляются не тому, чему надо?

+T -
Поделиться:

15 февраля над Челябинском взорвался огромный метеорит. Однако самая любопытная информация поступила из Челябинска днем позже. Едва успев заклеить скотчем трещины в окнах, челябинцы собрались в массовом порядке вечером выйти на улицы и взглянуть на небо: они прослышали, что в эту ночь к Земле приблизится астероид, во много раз крупнее и опаснее... Это, несомненно, важная новость науки, причем самой любопытной из наук — науки о людях. Любая другая тварь на планете должна бы после такого спрятаться поглубже в нору, а человек — наоборот: для него это повод задрать голову к небесам и еще раз произнести свистящим шепотом обретшее мировую славу челябинское «Ни х… себе!».

Но, конечно, для этого нас сперва надо сильно удивить — по-настоящему, до кровавых порезов. Природе это удается редко: сперва ведь надо объяснить людям, чему следует удивляться, а чему нет. Метеорит удивил миллионы, хоть в нем и нет ничего сверхъестественного. А одной из самых сенсационных научных новостей начала 2013 года способны удивиться во всем мире максимум десять тысяч человек.

Речь идет об измерении радиуса протона. Протон очень-очень маленький, примерно одна триллионная доля миллиметра. Измеряют его по определенной характеристике спектра в самом простом атоме — водороде, состоящем из протона и электрона. Этот опыт много раз повторен, и результат известен довольно точно: 0,877 фемтометра, с ошибкой измерения меньше одного процента. Но, разумеется, с одной оговоркой: «если формулы, описывающие атом водорода, верны». Чтобы лишний раз убедиться, что физика не врет, хотелось бы измерить этот самый радиус каким-нибудь другим способом.

Вариант предложили физики из швейцарского Института Пауля Шеррера. Легко сказать — предложили: подготовка к эксперименту заняла десять лет. Идея в том, чтобы заменить электрон мюоном. По современным представлениям — так называемой Стандартной модели — мюон абсолютно ничем не отличается от электрона, кроме того что он в двести раз тяжелее. Разумеется, мюон в атоме имеет совсем другие энергетические уровни (грубо говоря, летает ближе к протону), но радиус протона должен оставаться таким же.

А он оказывается другим. Результат — 0,842 фемтометра — отличается от известного на четыре процента, и это очень-очень много (в несколько раз больше погрешности измерений). Сделав расчеты, швейцарские физики удивились ничуть не меньше, чем челябинский водитель, первым заметивший в небе огненный шар. Потому что одно из трех: или неправильно измерили, или неправильно подсчитали, или неправильно было все от начала до конца — стандартная модель, выдержавшая все бури и даже правильно предсказавшая хиггсовский бозон, наконец-то дала трещину.

Профессор Михаил Высоцкий, физик-теоретик и член-корреспондент РАН, отдает предпочтение первому объяснению: в конце концов, результаты могут различаться на четыре погрешности измерений из-за статистических причин. Если из десяти бросаний монеты девять раз выпадет «орел», это еще не повод предполагать существование домовых и ведьм. Но что если дела обстоят более серьезно и заниженный результат — действительно проделки Кикиморы? Михаил Высоцкий такую возможность не исключает, только вместо «кикиморы» предпочитает употреблять эвфемизм «новая физика».

Тут дело вот в чем. Стандартная модель утверждает, что каждый фермион (частица материи) представлен тремя «поколениями», отличающимися только массой. Например, электрон, мюон и тау-мезон. Почему их именно три и почему их массы различаются именно настолько — теория умалчивает, но твердо стоит на том, что «мюон — это просто такой тяжелый электрон».

Вот будет номер, если это не так. Вот будет умора, если обнаружится, что мюон отличается от электрона чем-то еще, кроме константы взаимодействия с бозоном Хиггса (то есть массы). Чем-то таким, о чем нынешняя физика не имеет представления. Это значит, что понадобится какая-то новая физика, которая естественно и непринужденно объяснит, между прочим, и то, почему «поколений» элементарных частиц именно три, а не одно, не пять и не восемь.

И вот какая у меня безумная дилетантская мечта: а что если эта новая физика окажется такой простой, что легко может быть объяснена каждому жителю Челябинска? Хотя вот это вряд ли. Скорее всего, в швейцарском эксперименте обнаружится какой-нибудь недосмотр, и старая сложная физика снова отпразднует победу. Ну и что с того, что она оставляет у всех лишь чувство глубочайшего недоумения, не желая отвечать на самые банальнейшие «почему»? Природе вообще, похоже, наплевать на наши интеллектуальные запросы. Отсюда, возможно, эта ее привычка время от времени бросаться в людей космическими камнями — просто чтобы продемонстрировать, до какой степени мы ей безразличны.

Комментировать Всего 6 комментариев

Привет Мише, я с ним вместе учился на Физтехе. Замечательный человек. А насколько точно определено такое понятие, как "радиус" протона? 

Эту реплику поддерживают: Виктор* Ерофеев

Это я, пожалуй, у вас спрошу... Ну я подозреваю, что это некий параметр с размерностью длины в формуле для  уровней энергии электрона, который входит также в пространственое распределение заряда протона... вот за такие ответы нам иногда тройку ставили. Иногда нет.

Вообще, если я их правильно понял, "радиус протона" в данном случае просто некий иероглиф, описывающий такой тип экспериментов - на самом деле проблема в том, что спектр не такой, какой должен быть. Этот, как его... Лэмбовский сдвиг?

Дело в том, что протон, кажется, довольно рыхлое образование и его "радиус" , наверное, зависит от энергии столкновения. В любом случае, теория имеет трудности, м.б. Стандартную Модель придется подправлять. В физике много непонятного, не все проблемы решены.

И от меня привет. Я из того же гнезда, из соседней группы (125).

Эту реплику поддерживают: Alexei Tsvelik, Алексей Алексенко

               Да уж, осталось только вспомнить что электрон так же неисчерпаем как и атом.

В биологии тоже есть подобная проблема  - радиус гена  -  уж вроде считали и считали-считали....  все  одно ни хрена не понятно что такое ген  и какого он размера .  Каждый раз новые данные. И радиус  все увеличивается и увеличивается...  Иногда уменьшается ... зависит как посчитать.

 Может просто аксиоматически определить  и все тут....  раз и навсегда..