Удивительный мир внутри атомного ядра

Это можно описать примерно так. Давайте я за две минутки это скажу. Вот есть силы, которые вы знаете, — электромагнитные силы. Это силы притяжения между электрическими зарядами. И в каком-то смысле их можно представлять как обмен частицами — эти частицы называются «фотоны». Самое главное, что фотоны друг с другом не взаимодействуют. Если, скажем, где-то есть сколько-то фотонов, и туда добавить еще побольше фотонов, то на тех, на предыдущих фотонах это вообще никак не скажется. Это называется «принцип суперпозиции», в электростатике, например. Электрические и магнитные поля просто складываются, и все. А вот с глюонными полями такое дело не проходит. Если вы увеличите концентрацию глюонов, то у них появляется тенденция порождать еще больше глюонов. Каждый глюон может порождать еще глюоны, они могут рекомбинировать, сталкиваться. В результате, если в облаке станет слишком мало глюонов (например, возьмете облако — и половинку облака уберете), то оставшиеся глюоны испустят новые, и они рассядутся вокруг протона так, чтобы всё было стабильно, стационарно. Это такое свойство, которое люди раньше вообще не знали.

Так вот. Здесь не работает ни принцип комбинирования, ни даже нормальная точка зрения на то, откуда берется масса. Обычно масса складывается из массы каких-то кирпичиков. Если у нас есть три кирпича, то суммарная масса кучки из трех кирпичей будет равна утроенной массе одного кирпича. В ядерной физике, когда протоны и нейтроны соединяются вместе, там тоже масса ядра примерно пропорциональна количеству нуклонов, только там небольшая есть энергия связи. А внутри протонов всё абсолютно другое.

На самом деле, физики посчитали — сверили теоретические расчеты с экспериментальными данными — и вычислили массу тех кварков, которые там сидят, этих маленьких компактных объектов. И выяснилось, что масса их составляет примерно 2% — всего лишь! — от массы всего протона, представляете? Вы только представьте: вот есть человек, масса у него — 60 кг, и лишь 1 кг в нем — собственно материя: всякие электрончики, кварки — то есть то, что мы, собственно, называем материей. А остальные 59 — это глюонные облака, которые аккуратненько сидят в каждом протончике и нейтрончике и весят, весят, и притягивают к земле, и дают инерцию телу. Это представить себе просто интересно.

Про эти частицы я еще хотел сказать следующее. Здесь получается, что разное расположение кварков относительно друг друга как будто порождает дополнительную массу, по-новому перерождает частицу. Из того, что мне приходит на ум, я могу вам предложить подумать про них как про роботов-трансформеров — знаете, в мультиках такие есть. Вот они переставились, перекрутились как-то, и получилось что-то совсем новое, и на вид вроде бы даже больше получилось. Здесь нечто похожее получается, только это не какой-то вымышленный робот-трансформер, а это то, что действительно в нашем мире существует, в каждом из нас. В каждой молекуле, атоме всё это реализуется. Получается — и это важное утверждение, — что практически вся масса — по крайней мере 90 с лишним процентов — в каждом протоне, да и вообще в теле, состоит из глюонного облака. Глюонное облако придает инерцию.

Самих физиков всё это немножко удивило, озадачило, когда они это открыли. Надо сказать, что это не было так вот резко открыто — это постепенно прояснялось, были разные эксперименты, численные расчеты, были какие-то простые модели. Сначала они немножко не согласовывались друг с другом, потом начали постепенно наводить мосты между ними, и всё это постепенно пришло к пониманию. И физики подумали: раз такая картинка, может быть, ее надо экспериментально проверить? Это глюонное облако, потому что кварки — ну, это понятно, частички какие-то. А вот глюонное облако — это нечто новое. И вот они задумались: как же можно вот эти свойства глюонного облака изучать?

Вообще, как я уже говорил, их изучают так: берут и сталкивают частицы, при этом они разлетаются, может рождаться что-то новое, есть детекторы, которые всё улавливают, восстанавливают. Так вот, этот способ прекрасно работает, если вы хотите узнать, например, какая энергия сидит вот в этих кварках. Именно в кварках, потому что они несут основную часть энергии. Но, к сожалению, это не помогает узнать про структуру облака. Ведь это не просто какая-то плотность глюонов — это новая структура, которая как будто сама сконденсировалась и возникла. Я еще раз повторяю — это очень интересный объект. Это облако надо исследовать каким-нибудь другим способом.