Вопрос: Когда два протона проходят, кварки — они ведь тоже обладают массой, да? — между собой тоже будут взаимодействовать?
Да, давайте я еще раз повторю. Когда вы сталкиваете друг с другом протоны, вы, на самом деле, даже не можете контролировать их столкновение — как столкнутся, так столкнутся. То есть у вас при этом может получиться что угодно. Может получиться жесткое столкновение лоб в лоб, когда один кварк сталкивается с другим; они разлетаются, и получается что-то невообразимое. Есть столкновения, когда два кварка из одного протона и два кварка из другого протона независимо сталкиваются — такое тоже может быть. И обычно так и происходит — это называется «жесткие столкновения», когда рождается куча всего при большой энергии. Но в этих столкновениях не изучишь померон — вот этот кусочек облака, его трудно изучить. Поэтому физики делают так: они сталкивают всё подряд. Вот на этом коллайдере протоны будут сталкиваться 40 миллионов раз в секунду в течение нескольких лет. Они наберут все эти столкновения, а потом будут выискивать из них те, которые, например, такого вот типа или другого типа.
То есть, на самом деле, и кварки взаимодействуют — всё взаимодействует. Получается всякое разнообразие при этом, но потом, когда физики пытаются разобраться, они вытаскивают именно то, что им надо.
Вопрос: Как вообще смогли увидеть все эти кварки, глюонные облака и так далее? Это как-то экспериментально доказано?
Да. Вот есть такой эксперимент Резерфорда, в 1905 году. Тогда атомы открыли, но еще не знали их структуру — просто знали, что там есть электроны в каком-то виде. Так вот, он сделал такой эксперимент.
Он брал одни частицы — альфа-частицы — и пускал их по атому. У него была такая тоненькая золотая фольга, он прямо на эту фольгу пускал частицы и смотрел, на какой угол они отклоняются. Так вот, классической-то физике мы верим, а тогда была классическая физика; эта классическая физика предсказывает тот закон, по которому будут частицы отклоняться за счет электрического притяжения или отталкивания, когда они пролетают друг мимо друга. Этот закон четко предсказывает, какая будет картина рассеяния (это называется рассеяние — когда частицы отклоняются в разные стороны) в зависимости от конкретной модели атома, в зависимости от конкретного устройства. Например, если атом «рыхлый», то они будут лететь в основном вперед и отклоняться на маленький угол. Если же атом, как вот оказалось, имеет очень маленькое и компактное ядро в центре, то картина будет совсем другая. То есть то, что экспериментаторы видят, — они видят, на какой угол разлетелись частицы, и после этого, пользуясь законами классической электродинамики, восстанавливают структуру этого атома.
С точки зрения эксперимента, в протоне почти то же самое. Единственное — что там, конечно, формулы сложнее. Но конкретно кварки лучше всего увидеть таким способом: если вы сталкиваете два протона, то, в зависимости от энергии, у вас получаются разные картины. Если энергия протонов небольшая, то протоны просто разлетаются, и всё. Если энергии чуть-чуть больше — скажем, если скорость близка к скорости света, но не сильно близка, — то в результате получается так, что у вас может рождаться пара частиц. Это всё исследовалось, но этим способом структуру протона определить сложно. Можно определить его свойства и как они друг с другом взаимодействуют. Для того, чтобы увидеть маленькую структуру, надо разгонять частицы всё сильнее и сильнее, просто потому, что, как в микроскопе, при этом становятся видны всё более мелкие расстояния.
Когда сталкиваешь друг с другом частицы — ну вот протоны — с энергией, которая в 50-100 раз превышает их энергию покоя, то получается, что эти кварки могут столкнуться и резко разлететься. Когда они разлетаются, в результате получается струя. Эта струя — поток частиц, который идет примерно в направлении исходных кварков. То есть летят кварки, стукаются, разлетаются, и в результате в эксперименте мы видим поток частиц в эту сторону, поток частиц в эту сторону. Никакими иными способами, кроме как предположением о том, что там есть компактный маленький объект, который очень близко подошел и очень сильно оттолкнулся, мы не можем это описать. То есть, может быть, некоторые люди могут всю физику полностью переписать, но, к сожалению, пока такой иной теории нет.
