Коллаборация CMS на Большом адронном коллайдере (БАК) провела самое точное в истории измерение внутренней структуры кварков. Проникнув на масштабы порядка 10-20 метра (это примерно в 100 тысяч раз меньше протона), ученые выяснили: кварки по-прежнему отказываются делиться на более мелкие частицы и ведут себя как абсолютно точечные объекты.
История физики элементарных частиц — это классическая игра в матрешку. Сначала ученые поняли, что молекулы состоят из атомов. В начале XX века Эрнест Резерфорд обстрелял золотую фольгу альфа-частицами и выяснил, что атом — это в основном пустота с крошечным и плотным ядром посередине. Затем ядро разобрали на протоны и нейтроны, а в 1968 году обнаружилось, что и они не монолитны, а слеплены из еще более мелких деталей — кварков.
Поддержать нас на Boosty
Поддержать нас на Дзен
С тех пор уже больше полувека кварки (вместе с электронами) носят гордое звание фундаментальных частиц. В рамках Стандартной модели физики они считаются абсолютно точечными — то есть не имеющими внутренней структуры. Но физики — народ недоверчивый. А вдруг кварки тоже из чего-то состоят? Эту гипотетическую «вложенную» материю (ее иногда называют преонами) и пытаются найти на самых современных ускорителях.
Чтобы рассмотреть что-то бесконечно малое, нужен микроскоп невероятной мощности. В физике частиц роль микроскопа играет энергия столкновения: чем сильнее вы разгоняете частицы и бьете их друг о друга, тем более мелкие масштабы вы можете «прощупать». Роль такого супермикроскопа исполнил Большой адронный коллайдер (БАК), а конкретно — детектор CMS.
В апреле 2026 года коллаборация CMS представила результаты глубокого анализа данных, собранных в ходе второго сеанса работы БАК (Run 2). По сути, ученые повторили фокус Резерфорда, но на качественно новом уровне.
На БАК сталкивают лоб в лоб протоны, разогнанные почти до скорости света. При столкновении они разлетаются вдребезги, а их внутренние компоненты — кварки и глюоны — жестко рассеиваются друг на друге. Вылетевшие после удара кварки не могут существовать поодиночке и тут же порождают снопы новых частиц, которые летят в одну сторону. Эти снопы называются джетами (от англ. jets — струи).
Анализируя углы, под которыми два таких джета (так называемые диджеты) разлетаются в стороны, физики восстанавливают картину исходного столкновения. Логика проста: если бы кварк имел внутреннюю структуру (был бы «рыхлым» или состоял из более мелких деталей), то при экстремальных энергиях характер отскока изменился бы. Точно так же бильярдный шар и мешочек с песком будут отскакивать от стенки совершенно по-разному.
Проанализировав миллионы таких «отскоков», физики развели руками. Распределение углов рассеяния диджетов идеально совпало с предсказаниями Стандартной модели для точечных частиц. Никаких следов «субкварковой» структуры не обнаружено.
Благодаря огромной энергии столкновений, исследователи смогли установить новый, самый строгий на сегодняшний день предел композитности (составной природы) кварков. Выяснилось, что если кварки из чего-то и состоят, то эти детали удерживаются вместе силами, масштаб которых превышает 37 ТэВ (тераэлектронвольт).
В пересчете на привычные нам размеры это означает, что кварк монолитен вплоть до расстояний в 10−20 метра. Для сравнения: если бы протон был размером с Землю, то 10-20 метра соответствовали бы объекту размером в несколько миллиметров.
Если бы ученые нашли у кварка внутреннюю структуру, это стало бы крупнейшим открытием со времен поимки бозона Хиггса и настоящим переворотом в науке. Пришлось бы переписывать учебники, вводить новые фундаментальные взаимодействия и ломать голову над массами этих новых компонентов.
Но Стандартная модель, которую теоретики придумали десятилетия назад, в очередной раз показала свою феноменальную прочность. И хотя физики могут немного расстраиваться из-за отсутствия «новой физики», установление такого жесткого предела доказывает, насколько филигранно мы научились искать крошечные аномалии в хаосе миллиардов протонных столкновений.
Пока что матрешка закончилась на кварке. Значит ли это, что они действительно неделимы навсегда? Никто не знает. Возможно, они скрывают свою составную сущность на еще меньших масштабах, куда мы пока физически не можем дотянуться (не хватает энергии). Ученые возлагают надежды на данные третьего сезона коллайдера (Run 3) и будущую модернизацию БАК до высокой светимости (High-Luminosity LHC).
Так что пока кварк — это точка. Но физики обязательно попробуют ударить по нему еще сильнее. Просто на всякий случай.
Поддержать нас на Boosty
Поддержать нас на Дзен
Читайте также: Мы разобрали материю до кварков, но потеряли 95% Вселенной
Комментировать можно ниже в разделе “Добавить комментарий”.