Наука: Частица о пяти кварках — фантазия или реальность?

Автор: Сергей Петрушанко

Нобелевский комитет, принимая в 2004 году решение о присуждении самой престижной научной награды по физике, постановил наградить ученых-теоретиков Дэвида Гросса (David J. Gross), Дэвида Политцера (H. David Politzer) и Франка Вилчека (Frank Wilczek), внесших важнейший вклад в создание квантовой хромодинамики — теории, по законам которой «живут» кварки — неделимые частицы, элементарные кирпичики мироздания. Это событие с энтузиазмом было воспринято всеми ядерными физиками, которые в последнее время отнюдь не обласканы вниманием общественности и СМИ. Однако после присуждения Нобелевской премии, наряду со статьями о научных успехах и достижениях, в прессе появились и пессимистические прогнозы о перспективах физики элементарных частиц. Их авторы утверждают, что ничего существенно нового в этой области науки не происходит и не предвидится, а ученые ведут лишь тщательную проверку основополагающих теорий, разработанных несколько десятилетий назад. В частности, той же теории квантовой хромодинамики — уже больше тридцати лет. И вот разномастные апологеты теории о «конце науки» спешат торжественно зачитать некролог всей ядерной физике.

Но стоит ли так торопиться? Конечно, ядерная физика в настоящее время развивается не так бурно, как в середине прошлого века, что обусловлено целым рядом общественно-политических и экономических причин. Порой может показаться, что ученые заняты лишь проверкой ранее созданных гипотез и не предлагают ничего принципиально нового. Но, как показывает история познания окружающего мира, именно в такие периоды чаще всего и делаются неожиданные открытия[Достаточно вспомнить хорошо известный любому школьнику переворот в физике начала XX века. Тогда тоже казалось, что все природные явления уже открыты, изучены и объяснены; оставались лишь мелкие нерешенные вопросы в теории света и странное поведение частиц, иногда проявлявших себя как волны. Все мы знаем, к какой научной революции привели позже теория относительности и квантовая физика].

Три года назад в физике элементарных частиц действительно произошло событие, всколыхнувшее научную общественность и заставившее по-новому взглянуть на казавшиеся незыблемыми вещи. Нежданно-негаданно экспериментаторы, проверяя теоретическое предположение, которое многие вначале посчитали безумным, сумели обнаружить невиданную ранее частицу — пентакварк. Однако вслед за статьями об успехах в поиске пентакварка появилась и серия экспериментальных работ, результаты которых охлаждают энтузиазм, поначалу охвативший ученых. Так был ли «мальчик»?

Согласно современным представлениям, кварки являются первичной основой нашего мира. Сильное взаимодействие связывает кварки, образуя элементарные частицы, называемые адронами. До сих пор считалось, что в нашем мире существует только два типа адронов, которые можно «собрать» из кварков: трехкварковые барионы (например, протон и нейтрон — детали атомных ядер) и двухкварковые мезоны. В принципе нет никаких теоретических аргументов против возможности существования частиц из большего числа кварков — четырех, пяти и т. д. В 1960—80-х годах, во времена формирования и развития теории кваркового строения материи, экспериментаторы вели интенсивные поиски таких экзотических частиц, однако отсутствие положительных результатов сформировало скептическое отношение к самой идее частиц, состоящих более чем из трех кварков.

Тем не менее в 1997 году трое петербургских физиков, Дмитрий Дьяконов, Виктор Петров и Максим Поляков, решились выступить против устоявшегося мнения. В опубликованной ими статье утверждалось, что частицы из пяти кварков все-таки могут существовать. Неудачи поисков ученые объясняли тем, что пентакварк следует искать по очень узкому резонансу в области гораздо меньших по массе элементарных частиц, чем предполагалось ранее. По колоритному комментарию Дмитрия Дьяконова, «искали нечто расплывчатое на Луне, а настоящий пентакварк — рядом, маленький и изящный».

Первая реакция мирового научного сообщества на статью российских теоретиков оказалась более чем скептической. Эксперименты в области физики элементарных частиц требуют больших материальных и трудовых затрат. У экспериментальной группы должна быть достаточно сильная мотивация, прежде чем она начнет какой-либо новый проект, тем более такой рискованный. В данном случае все знали — «экзотики нет», что не способствовало повышению энтузиазма. Прошло несколько лет, прежде чем Дьяконову, Петрову и Полякову удалось убедить экспериментаторов проверить свое предсказание.

И, ко всеобщему удивлению, в начале 2003 года практически одновременно две независимые научные группы заявили об обнаружении пентакварка. Первыми оказались участники эксперимента LEPS на японском ускорителе SPring-8. Они обнаружили четкий пик, который неопровержимо свидетельствовал о рождении частицы, состоящей из пяти кварков. Тем более что характеристики новой частицы (масса покоя, ширина резонанса) точно соответствовали предсказанию российских ученых.

Вскоре об обнаружении пентакварка в другой ядерной реакции сообщили исследователи из московского Института теоретической и экспериментальной физики (ИТЭФ), проанализировавшие снимки, полученные еще в 1986 году с помощью ксеноновой пузырьковой камеры DIANA. Анатолию Долголенко и его коллегам удалось определить массу пентакварка и ширину его резонанса с большей точностью, чем японцам и группам экспериментаторов, занимавшимся тем же вопросом позже. (Эта работа — настоящий научный подвиг: небольшая группа в течение трех лет просмотрела около полумиллиона старых фотографий, снятых на давным-давно не существующей пузырьковой камере, — при мизерной зарплате, да еще и снося насмешливое отношение коллег-скептиков.)

Далее вести об обнаружении пентакварка пошли потоком, — их слали американская группа эксперимента CLAS из Национальной лаборатории имени Томаса Джефферсона, немецкие исследователи с ускорителя ELSA и из ядерного центра DESY, европейская группа эксперимента NA49 из ЦЕРНа и т. д. На настоящий момент сообщения об экспериментальном обнаружении пентакварка опубликовали уже двадцать научных коллективов. Во всех этих работах измеренные характеристики пентакварка, названного Дмитрием Дьяконовым Q+ (тета-плюс-барион), оказались идентичными (разумеется, в пределах точности каждого конкретного эксперимента).

Особенно важно, что обнаруженный пентакварк — не просто новый экземпляр в зверинце из сотен уже известных физикам элементарных частиц. Само существование подобной частицы проливает новый свет на механизмы функционирования микромира, до сих пор полного нерешенных вопросов и загадок. Теоретики из Петербурга утверждают, что тета+-барион — лишь одна из целого семейства пятисоставных частиц. «Перетасуем» различные комбинации из пяти кварков (коих насчитывается шесть разновидностей) — получим новые виды пентакварков. И действительно, в трех экспериментах уже были обнаружены свидетельства рождения других представителей этого экзотического семейства.

Однако далее ситуация с пентакварком стала еще более интересной, так как целый ряд экспериментальных групп не смогли найти его в «положенном» месте! Авторитетные научные коллективы экспериментов CDF, DELPHI, FOCUS, PHENIX и многих других (числом около тридцати) заявили о том, что искомое не удается усмотреть. Скептики вновь подняли голову: появились работы, объясняющие свидетельства рождения пентакварка недостаточной статистикой.

Самый серьезный удар по пентакварку нанесли в апреле 2005 года американские ученые из эксперимента CLAS (третья из научных групп, объявивших в 2003 году о его обнаружении). В эксперименте, проведенном по измененной схеме, они не смогли подтвердить свои прежние результаты. Узкий пик, свидетельствующий о рождении пентакварка, на новом графике, построенном на основе существенно большей статистики, вдруг исчез! Американцы поторопились широко объявить о своем результате, стремясь, по всей видимости, быть первыми в гонке по «закрытию» гипотезы пентакварка.

В то же время новые результаты, полученные первооткрывателями пентакварка — японской научной группой LEPS и российскими физиками из ИТЭФа, продолжают указывать на существование этой неуловимой частицы. Более полная статистика, более скрупулезный анализ — и сигнал от тета+-бариона продолжает оставаться на своем месте, подтверждая рождение пентакварка с возросшей достоверностью!

Подведем итог. Вопрос о существовании пентакварка до сих пор остается открытым. За последние три года появилось полсотни экспериментальных (два десятка подтверждающих существование пентакварка, три десятка — с нулевым результатом) и около четырехсот теоретических научных работ на эту животрепещущую тему. Нулевые результаты рано объявлять основанием для закрытия гипотезы, поскольку пока еще неизвестен механизм возможного рождения пентакварка и его физические свойства, слишком велик фон, осложняющий измерения, и т. д. Ожидается, что новые экспериментальные данные, над получением которых продолжают трудиться интернациональные научные коллективы, в течение ближайших нескольких лет помогут прояснить этот вопрос.

В любом случае, уже понятно, что за последние пару десятилетий гипотеза пентакварка стала серьезной «встряской» для ядерной физики. Это однозначно свидетельствует о том, что «смерти» данной области науки пессимистам придется ждать еще очень долго…

Автор благодарит Анатолия Григорьевича Долголенко за предоставленные фотографии камеры DIANA.

СЕЛО ЩЕПЕТНЕВКА: У костра

Автор: Василий Щепетнев

И опять вина гложет. Вновь чувствую за собою долг, несделанное. Обращались ведь: люди добрые, помогите, найдите новую национальную идею, а я не откликнулся. Испугался, решил: народу с идеями море, у всякого выстраданная, хлынут в энтузиазме да и затопчут. Ходынку устроили тоже из лучших намерений. Но со времени призыва прошел месяц, другой, больше прошло, а — не слышно фанатиков и пророков. Если и всплывали идеи, то несерьезные, как дождевые пузыри на лужах. Кажется, что и всплывают только затем, чтобы лопнуть поскорее. То повальная компьютеризация приходских школ, то пересаживание власти из «Мерседеса» на «Волгу», теперь вот зовут рожать второго ребенка за обещание денег… Как всегда, результаты превосходят ожидания. «Волгу» сняли с производства, а в абортарии быстренько выстроилась очередь: покамест закон о толстой пачке денег не принят, второго ребенка рожать нет резона, следует годить.

Не того я ждал. Хотелось Идеи Настоящей, с большой буквы, чтобы надолго. Лучше — на века.

Желаешь, чтобы вышло хорошо, — делай сам. Всё. Включая Национальную Идею. Ночами снились мне Хомяков, Чаадаев, Бердяев, Розанов, даже Гоголь, проезжая в коляске по пыльной гваздевской дороге, издали махнул рукой — то ли ободряюще, то ли в досаде, а может, просто муху сгонял.

Так, во сне, Идея ко мне и пришла.

В России поиск новой национальной идеи есть поиск нового врага. Не больше и не меньше. Сегодняшний кризис — прямое следствие отсутствия соразмерного противника. Действительно, вместо мощного агрессивного блока нам предложили невесть что, международных террористов из соседнего района. Держать две сотни дивизий на две тысячи сепаратистов… А флот? Его в горы не пошлешь, он и ржавеет. При отсутствии реального противника очень трудно бороться с коррозией…

Нужен враг, и враг, который позволит нам возглавить не только, как встарь, все прогрессивное человечество, а все человечество в целом. Род Homo Sapiens.

А ведь противник есть, стоит только решиться. Решиться и вытащить на свет то, что хранится во всяких ангарах-18, кладовых литеры "С" и прочих укромных местах. Пришло время поведать истину о Тоцком инциденте, о подвиге безвестных солдат, отразивших десант созданий настолько чудовищных, что лишь ментальным огнем наши врачи сумели иссечь память выживших и тем дать забвение. Пусть седовласые академики доложат о программе «SF» , когда под маскою развлекательной выдумки сообщалась тяжелая правда — о происхождении первого микрочипа, о возможности трансформации человека в иное существо, о причинах бегства с Луны, наконец о том, что в самом деле представляет собой грядущая вакцинация против птичьего гриппа.

Полагаю, вы догадались: идеальный враг — это инопланетяне, таинственные и злобные пришельцы. Чужаки. Перед ними все мы, независимо от цвета кожи, вероисповедания и даже отношения к средствам производства, земле и недрам, становимся друг другу родными и близкими. Отбиваясь у костра от стаи нелюдей, на прописку не смотришь.

Где обитают пришельцы? Да где угодно. По старой памяти предлагаю поискать их в поясе Койпера. Антропоцентризм с точки зрения чистой логики нелеп. Для жизни главное условие — спрятаться от врага, а вовсе не наличие кислорода в атмосфере. Малые планеты пояса Койпера, словно головы швейцарского сыра, изъедены пустотами, в которых и гнездятся чудовища, гнездятся — и куют потихоньку оружие вторжения.

Ну, значит, и нам пора перековать орала на мечи. Весь мир — армия, люди — солдаты. Мысль не новая, но от того не менее крепкая. Прежде она цементировала государства, теперь спасет весь мир. Одна только защита Ближнего Космоса потребует триллионы долларов, евро, рублей и прочих юаней. Любая лепта будет принята с благодарностью. Военные займы — Первый Лунный, Второй Лунный, Марсианский — с обязательством погашения сразу после победы. Возродится промышленность. Подряды, поставки, новые рабочие места… Ну а если в очередной раз придется новую дырку в ремешках просверливать, то ради спасения Земли можно. Терпеть от несправедливости и терпеть во имя победы — два различных состояния.

Инопланетяне — выдумка? Но кто считал, сколько лжи приходится каждодневно впитывать человеку? Коэффициент достоверности информации стремительно отступает к нулю. Беда не в том, что ложь, — плохо, что ложь эта глупа, скучна и в конечном счете неэффективна. Толковая фантастическая концепция стоит концепции реалистической. Сценаристы заставят военкомов рыдать и прятаться от осаждающих военкоматы призывников, тульские оружейники не грохотом будут будить горожан, а лиловыми вспышками на небосклоне, исчезнут пессимизм, безверие и разочарования. Поначалу будет непривычно, но затем втянемся.

И потом, как знать, дорогие земляне, как знать… Выйдешь безлунной ночью в поле, посмотришь на небо и каждой клеткой чувствуешь — смотрят оттуда. Смотрят — и видят.

Каравеллы Колумба уже пересекают Атлантику. Но мы не индейцы. Мы — бизоны…

ТЕХНОЛОГИИ: Прибытие слона

Автор: Владимир Гуриев

За несколько дней до выхода последних анимационных хитов — «Лесной братвы» от DreamWorks и «Тачек» от Pixar — на экраны вышел еще один 3D-мультфильм. Миллионные кассовые сборы ему не светят, но и на подготовку этой короткометражки ушли смешные по меркам индустрии деньги — всего 120 тысяч евро. И уж точно «Elephants Dream» останется в истории как первый 3D-мультфильм, созданный исключительно с помощью свободного ПО.

Все началось почти двадцать лет назад, когда голландец Тон Розендаль (Ton Roosendaal) основал анимационную студию NeoGeo, которой, как всем анимационным студиям того времени, пришлось разрабатывать свое собственное программное обеспечение. В 1998 году Тон основал другую компанию, Not a Number, чтобы вплотную заняться созданием и распространением ПО. В основу нового пакета были положены разработки, начатые еще в NeoGeo, так что уже через год Not a Number смогла представить на SIGGRAPH свой первый продукт — Blender. Компания получила дополнительное финансирование в размере 4,5 млн. евро, что позволило ей значительно расширить штат и уже летом 2000 года выпустить вторую версию Blender.

Деньги, тем временем, закончились, поступающих средств на поддержание разработки было недостаточно, и в апреле 2001 года Not a Number была «перезапущена» (с новыми инвесторами и новыми, стало быть, деньгами). И снова неудача. Новый продукт — Blender Publisher — особой популярностью не пользовался, и в начале 2002 года в истории Not a Number была поставлена жирная точка. Однако не в истории Blender.

В июле 2002 года Тону удалось договориться с кредиторами о выкупе исходного кода Blender за 100 тысяч евро. Таких денег у Розендаля не было, однако ему потребовалось всего семь недель, чтобы собрать необходимую сумму у благодарных пользователей программы. Выкупленный из рабства Blender стал продуктом с открытым исходным кодом, перейдя из категории неудачных коммерческих продуктов в категорию продуктов удачных, но некоммерческих.

А в мае 2005 года Тон затеял еще один проект. Теперь он решил сделать мультфильм. Поскольку денег, как всегда, не было, а метод работы всем миром прекрасно себя зарекомендовал, то и выбирать оказалось особо не из чего: мультфильм решили снимать с помощью добровольцев, которые будут использовать только свободное ПО.

Однако даже такой подход не освобождает от затрат, хотя и урезает бюджет мультфильма до минимума. Половину расходов взял на себя второй участник проекта — Нидерландский институт искусств, четверть покрыл грант от ЕС, а еще четверть Blender Foundation собрал путем предварительной продажи DVD. Суммарно набралось около 120 тысяч евро, о рендеринге удалось договориться отдельно — требуемые мощности пообещал предоставить американский университет, владеющий кластером из двухсот двадцати четырех 64-разрядных Apple Xserve G5 (xseed.bowiestate.edu).

В сентябре 2005 года интернациональная творческая команда Orange Movie Project собралась в Амстердаме (режиссер — сириец из США, арт-директор из Германии, художники-постановщики из Австралии и Германии), и работа началась. А уже в марте нынешнего года состоялась премьера десятиминутного анимационного мультфильма, который в мае был выпущен на DVD и выложен в Сеть, вместе со всеми рабочими файлами. Таким образом, «Elephants Dream» в максимальной комплектации — это не только мультфильм, но еще и учебник по работе с Blender (благо львиная доля работы выполнялась именно в этом пакете).

Правда, при подготовке фильма создателям пришлось слегка отступить от заявленных принципов. Строго говоря, при создании «Elephants Dream» применялось не только свободное ПО. Озвучивание проводила сторонняя компания, использующая привычный для себя проприетарный софт (Reaktor). Кроме того, часть текстур разрабатывалась вне рамок проекта, и какое ПО применялось для их создания — точно неизвестно. Проприетарное ПО использовалось также при кодировании окончательной версии фильма (что в любом случае было неизбежно, так как наиболее популярные видеокодеки никакого отношения к open source не имеют) и при подготовке DVD.

Впрочем, все эти моменты непринципиальны, и, наверное, даже хорошо, что создатели мультфильма не стали упорствовать в своей приверженности свободным программным продуктам, а поручили часть работы профессионалам. Потому что даже в области анимации получилось у них, честно говоря, не все.

После всей этой предыстории о фильме хочется сказать что-то хорошее, но первый блин вышел слегка комом. Сконцентрировавшись на визуальной составляющей, авторы фильма совершенно забыли про сюжет. Для особо непонятливых зрителей (а таковых, если судить по форумам, набралось довольно много) даже было написано некое подобие балетной программки, где объясняется, что же все-таки происходит на экране.

С точки зрения невинного, не читавшего Рембрандта зрителя происходит в мультфильме следующее: суровый старик по имени Пруг таскает за собой молодого, но уже чуть пришибленного жизнью Эмо (в одном из сообщений утверждалось, что это трубач, но при просмотре этот вывод решительно ниоткуда не следует) и рассказывает ему, как жизнь устроена. Жизнь устроена не очень уютно, а местами даже жутковато. В финале Эмо пытается вырваться из-под влияния Пруга, но не слишком удачно. Конец. Кто такие Пруг и Эмо, почему они ходят вместе и где они, собственно, ходят — не слишком понятно.

Другими словами, о сюжете как таковом речь не идет. О диалогах, в общем-то, тоже, хотя, конечно, несколько раз повторенную конструкцию («Эмо, посмотри направо, а теперь посмотри налево». — «Угу») можно при большом желании считать диалогом. Анимация самих персонажей тоже оставляет желать лучшего. Десять лет назад это было бы здорово, но сегодня… В общем, не Pixar.

Но и делал эту короткометражку не Pixar. И людей, которые над ней работали, намного меньше, чем в Pixar. И ресурсы, которыми эти люди располагали, несравнимы с ресурсами, доступными крупным студиям. И времени у них было меньше. И, самое главное, опыта создания полноценных анимационных фильмов у большинства участников проекта тоже не было. Никакого. Если учитывать все эти факторы и рассматривать «Elephants Dream» не как художественное произведение, а как впечатляющую демонстрацию возможностей Blender, то проект удался на сто пятьдесят процентов.

И даже без всяких скидок — нарисован «Elephants Dream» прекрасно (а анимация даже в неудачных моментах всяко получше, чем в «Правдивой истории о Красной Шапке»). Для хорошего мультфильма этого, конечно, недостаточно, однако для первой попытки — вполне. Тем более что сами создатели мультфильма о недостатках своего проекта прекрасно осведомлены и наверняка какие-то выводы сделают.

Разумный вопрос, даже когда речь идет о хорошем деле. Если люди сначала отчаянно ищут деньги на проект, потом несколько месяцев вкалывают чуть ли не круглые сутки, а в итоге просто-напросто раздают результаты своего труда всем желающим — что-то здесь не то.

Главная цель проекта Orange Movie Project — популяризация даже не столько свободного программного обеспечения, сколько самого пакета Blender. С одной стороны, уникальная история Blender обеспечила ему упоминание в девяти из десяти статьях, посвященных бесплатному софту. С другой — многие профессионалы знают о Blender немногим больше журналистов, и общепринятым в индустрии считается мнение, что функциональные возможности этого пакета ограничены (это правда, но у какого пакета они не ограничены?), а активная разработка остановилась несколько лет назад (не совсем правда — возможно, оставайся Blender проприетарным, он развивался бы быстрее, но мертвым этот проект вовсе не назовешь).

Таким образом, создатели Open Movie Project ставили перед собой три задачи:

показать возможности Blender и доказать, что это полноценная программа для создания 3D-анимации;

на примере реального и сложного проекта выявить слабые места Blender и форсировать разработку недостающей функциональности;

дать людям возможность «поиграться» с Blender на по-настоящему богатом контенте.

Первые два пункта тесно связаны. Не секрет, что разработка Blender ведется в основном добровольцами, и проект не развивается так быстро, как хотелось бы его создателям. Но если программой заинтересуется некая студия по производству визуальных эффектов, которой не хватит в Blender определенной функциональности, она вполне может спонсировать ее добавление или разработать нужные модули самостоятельно, сделав их затем общедоступными (не исключено, что оба подхода обеспечат студии солидную экономию, если сравнивать возможные затраты с затратами на покупку лицензий платного 3D-софта).

Пока ни одна студия не заинтересовалась пакетом настолько, чтобы тратить на него деньги, Blender дорабатывался по запросам креативной команды. Собственно говоря, простой пользователь Blender не смог бы сваять «Elephants Dream», потому что на момент начала проекта в нем действительно было реализовано не все, что нужно (и даже сегодня значительная часть функциональности только обещана в будущей версии 2.42).