Но ещё в 1964 году было сделано поразительное открытие – свойства антиматерии и материи слегка отличаются.
Это явление назвали СР-нарушением. С точки зрения электромагнитных, сильных и гравитационных взаимодействий частицы и античастицы совершенно идентичны, но в слабых взаимодействиях они ведут себя по-разному. Слабые взаимодействия – это особая тема. Когда их обнаружили, физики долго недоумевали, зачем они вообще нужны природе. Казалось бы, всё в нашем мире утилитарно: сильные взаимодействия связывают кварки в протоне и нейтроне, они же скрепляют протоны и нейтроны в ядра, а электромагнитные силы удерживают в атоме электроны. Добавим гравитацию, чтобы всё не разлеталось равномерным слоем по Вселенной, – и Мир готов… Зачем же нужно ещё одно слабое взаимодействие, отвечающее только за распад некоторых ядер? Как оказалось, без него наше Солнце не согревало бы нас своими лучами! А ещё слабое взаимодействие, видимо, необходимо для нарушения всевозможных законов, чтимых остальными взаимодействиями. Вот оно и нарушило симметрию между материей и антиматерией, а заодно и симметрию при обращении направления времени, благодаря чему
не только люди, но и частицы различают прошлое и будущее.
Придётся ещё немного отклониться в сторону и рассказать о том, что природа «зачем-то» создала для всех частиц материи тяжёлые дублёры: у электрона – это мюон (в 200 раз тяжелее электрона) и тау-лептон (в 3500 раз тяжелее). Лёгкие кварки, «нижний» и «верхний», из которых состоят протоны и нейтроны, также имеют по паре тяжёлых собратьев: «странный» и «прелестный», «очарованный» и «правдивый» (в названиях физики от души порезвились). СР-нарушение проявляется как раз у тяжёлых партнёров – то самое взбудоражившее научный мир открытие было сделано со «странными» кварками. Казалось бы, зачем морочить себе голову проблемой разницы свойств того, что в Природе не так просто найти, – тяжёлые кварки и антикварки в основном создают искусственно, а живут они много меньше микросекунды. Однако оказалось, что без этой разницы нашего мира попросту не существовало бы.
Как показал в 1968 году Андрей Сахаров, если бы материя и антиматерия не различались, то во Вселенной не осталось бы протонов, нейтронов и электронов, из которых построен весь осязаемый нами мир и мы с вами. А в 1973 году Макото Кобаяши и Тосихидэ Маскава предложили способ организовать это различие при помощи тяжёлых дублёров, причём необходимо, чтобы их было, по крайней мере, по два на каждый лёгкий кварк. Когда японские теоретики писали свою статью, был известен только один тяжёлый дублёр «нижнего» кварка.
С момента открытия СР-нарушения прошло немало времени, но до 2000 года разницу наблюдали только для «странных» кварков и антикварков. Согласно гипотезе Кобаяши и Маскавы, огромная разница должна проявляться в свойствах «прелестных» кварка и антикварка. Для проверки были построены два эксперимента: Belle в Японии и BaBar в США. Родить пару «прелестных» кварк-антикварк можно в столкновениях электрона и антиэлектрона, разогнанных до огромной энергии. Однако чтобы увидеть интересующий нас эффект, необходимо произвести не менее 100 миллионов пар «прелестных» мезонов и зарегистрировать с помощью детектора продукты их распада. Задача исключительно сложная, но оба конкурирующих эксперимента с ней успешно справились. В результате многолетних исследований разница свойств «прелестных» кварка и антикварка была не только установлена, но и измерена с высокой точностью, причём полученное значение асимметрии замечательным образом совпало с предсказаниями Кобаяши и Маскавы. В 2008 году выдающимся японским учёным была присуждена Нобелевская премия, а благодарственное письмо лауреатов в адрес физиков Belle и BaBar с тех пор украшает здание в научном центре КЕК, в Японии.
Институт теоретической и экспериментальной физики (ИТЭФ) вошёл в коллаборацию Belle в 1999 году, незадолго до запуска эксперимента. Хотя наши японские коллеги приветствовали новые группы из любых институтов мира, от вступающих требовалось участие в создании установки – сложного детектора, состоящего из многих подсистем. Для ИТЭФ сделали исключение: во-первых, нас очень поддержали наши новосибирские коллеги, внёсшие огромный вклад в создание и детектора, и ускорителя, а во-вторых, заслуги ИТЭФ именно в этой области физики были общеизвестны во всём мире. Когда я первый раз приехал в Японию, один из руководителей коллаборации Стив Ольсен, узнав, что я из ИТЭФ, подозвал своего студента и спросил, знает ли тот, кто такой Михаил Данилов (сегодняшний замдиректора ИТЭФ по науке, а когда-то руководитель группы ИТЭФ в эксперименте АРГУС, в котором было сделано немало громких открытий). Студент не знал; Стив, махнув на него рукой, сказал: «Ну, значит, ты не знаешь, что такое физика тяжёлых кварков, иди и учись».
За тринадцать лет работы в эксперименте Belle наша группа, уверен, честь нашего института не посрамила. Физики ИТЭФ не только участвовали в измерении СР-нарушения, но и являются авторами многочисленных открытий новых процессов, распадов и частиц. Буквально на днях учёные нашей группы совместно с новосибирскими коллегами впервые обнаружили экзотические четырёх-кварковые состояния с «прелестными» кварками. Ещё десятилетие назад были известны лишь кварк-антикварковые и трёх-кварковые состояния. За свои работы сотрудники нашей группы награждены золотой медалью РАН, многочисленными грантами президента для молодых учёных и премиями корпорации «Росатом», к которой наш институт до недавнего времени принадлежал. Наша работа высоко оценена и самой коллаборацией Belle. Трижды физики нашей группы были удостоены чести представить коллаборацию и сделать пленарные доклады на главных конференциях года в области физики высоких энергий. Общее число докладов группы ИТЭФ на престижных международных конференциях составляет около сотни. Кроме того, ярким свидетельством признанного авторитета наших физиков является их работа в качестве физических координаторов по четырём различным тематическим научным направлениям Belle. Это абсолютный рекорд для одной научной группы в коллаборации.
Сегодня эксперимент Belle закончил набирать данные. Однако поскольку его тематика оказалась исключительно интересной и актуальной, японское правительство приняло решение выделить средства на модернизацию ускорителя и детектора (чтобы в 100 раз быстрее набирать данные о распадах «прелестных» частиц) и на продолжение исследований. Япония финансирует строительство ускорителя, а международная коллаборация, включающая 62 научных института из 17 стран мира, создаёт детектор (причём стоимость детектора – лишь 10 процентов от стоимости ускорителя). В создании новой установки Belle-II ИТЭФ принимает активное участие. Самая большая по площади подсистема детектора, необходимая для регистрации слабопоглощающихся частиц, должна быть построена в нашем институте. В финансовом выражении российский вклад довольно скромен: Германия и США, например, выделяют на Belle-II средства в десятки раз большие, даже вклад Польши и Словении превышает то, что даёт Россия. То, чем удалось вложиться нашему институту, – это идеи, основанные на российских изобретениях с использованием материалов, производимых на российских предприятиях. За три года конструкторско-исследовательских работ, профинансированных «Росатомом», нашим инженерам и физикам удалось «выжать» максимум из предложенной нами технологии регистрации частиц и получить по-настоящему уникальный прибор.
С весны этого года ИТЭФ должен приступить к строительству детектора, которое, согласно планам, продлится полтора года.
Всё было бы замечательно, однако с начала этого года ИТЭФ переходит под эгиду Национального исследовательского центра «Курчатовский институт», а в научной программе нового владельца наш эксперимент не значится. Вернее, в течение предыдущего года он в этой программе вроде бы был, но из редакции, отправленной на подпись в правительство, таинственно исчез. Остаётся надеяться, что это неприятное недоразумение разрешится в самое ближайшее время, и Курчатовский институт не только подтвердит обязательства ИТЭФ в этом престижном международном проекте, но и быстро решит вопросы целевого финансирования, без которого производство детектора попросту невозможно. В противном случае создание всей установки и начало эксперимента Belle-II будут задержаны на неопределённый срок, а репутация нашей страны серьёзно пострадает.
И ещё одно замечание. Российские чиновники часто задают вопрос: зачем мы финансируем японскую (американскую, европейскую …) науку? Создаётся впечатление, будто они и не подозревают, что не существует национальных наук, а есть одна глобальная мировая наука. Все результаты отдельно взятого эксперимента мгновенно становятся достоянием учёных всего мира. Стране, участвовавшей в большом эксперименте, достаётся в первую очередь престиж, однако он делится и на другие страны-участницы международного проекта. Этот престиж столь важен, что, несмотря на страшное разрушительное землетрясение, произошедшее ровно год назад, правительство Японии, экономике которой был нанесён чудовищный урон, не раздумывая, подтвердило свои далеко немалые финансовые обязательства в отношении эксперимента Belle-II. Хочется верить, что и российское правительство, подчёркивающее важность фундаментальной науки для России, не позволит запятнать честь нашей страны.
Источник: http://www.strf.ru