От Галилея до антиводорода
(рецензия на книгу Г. Фрейзера "Антиматерия. Зазеркальные миры.")

Книжное издательство "Мир" — некогда одно из крупнейших в Европе и бывшем СССР — теперь достаточно редко радует читателей новинками. Особенно новинками в области научной и научнопопулярной литературы. Но если уж "Мир" издает новые книги в данной области, то их появление становится заметным событием. Из недавних стоит упомянуть "Введение в теорию суперструн" известного физика-теоретика Мичио Каку (М. "Мир", 1999 г.) и небольшую, но поистине виртуозную популярную книжечку двух лауреатов Нобелевской премии по физике Ричарда Фейнмана и Стивена Вайнберга "Элементарные частицы и законы физики" (М. "Мир", 2000 г.).

Недавно список великолепных "мировских" новинок пополнился еще одной. Вышел перевод научнопопулярной книги Гордона Фрейзера "Антиматерия. Зазеркальные миры" (М. "Мир", 2002 г.). Рецензию именно на эту книгу я хочу предложить сетевому читателю.

Имя замечательного западного популяризатора науки и сотрудника международного журнала по физике высоких энергий "CERN Courier" Гордона Фрейзера достаточно хорошо известно тем русскоязычным пользователям сети Internet, которые интересуются новейшими достижениями науки и следят за проектом "Студенту о новейших достижениях в физике элементарных частиц". В рамках этого проекта выходили переводы двух статей Г. Фрейзера, опубликованных в "CERN Courier". Это статья "Время искать Хиггс", посвященная неудачной попытке обнаружения бозона Хиггса на электрон-позитронном коллайдере LEP в CERNе и "Физическая B-ология", в которой кратко представлена история открытия и исследования прелестных кварков (b-кварков).

Первая из известных мне переведенных на русский язык популярных книг Гордона Фрейзера посвящена теме, которая одновременно является фундаментальной с точки зрения серьезной науки и, в то же самое время, достаточно хорошо ясна школьнику, студенту младших курсов, любознательному обывателю и даже крупному политику. Это тема поиска и исследования антиматерии.

Путь, которым ученые пришли к формулировке понятия античастицы и антиматерии — вещества, состоящего из античастиц — не отделим от истории становления и развития современного естествознания. Ведь сначала надо было сформулировать парадигму современной науки, развить химию, физику, сравнительно высокую технологию, научиться исследовать строение атома, найти теоретическое объяснение на первый взгляд странным и загадочным результатам таких исследований, а затем уже, зная строение окружающего нас мира на уровне элементарных частиц, задаться вопросом: "А что будет, если заряды всех элементарных частиц изменить на противоположные?". Имеются в виду не только электрические заряды, но также, например, цветовые заряды сильного взаимодействия.

Именно поэтому Г. Фрейзер начинает, что называется, "танцевать от печки". Перед заинтересованным взором читателей книги проходят итальянец Галилео Галилей как основатель современной научной методологии, сэр Исаак Ньютон как создатель первой "настоящей" физической теории. Альберт Эйнштейн соседствует с Майклом Фарадеем, и оба они своими теориями помогают австралийцу Эрнесту Резерфорду экспериментально открыть планетарную модель атома. В изложении Гордона Фрейзера это получается логично и просто. Точно как у Льюиса Керрола, бессмертные сказки которого очень часто цитируются в книге. Правда, немного обидно за Нильса Бора, Вернера Гейзенберга, Эрвина Шредингера и Макса Борна, которые в изящной версии развития физики "по Фрейзеру" лишь "ассистировали" Полю Дираку при создании нерелятивистской квантовой теории. Действительно, вклад Дирака в создание квантовой механики велик, его заслуги были отмечены Нобелевской премией по физике, которую выдающийся английский физик-теоретик разделил с Эрвином Шредингером. Именно Поль Дирак "на кончике пера" первым предсказал античастицы. Однако при написании популярных книжек для широкой аудитории все-таки надо знать меру при адаптировании реальной истории науки под логику изложения данной конкретной книги. Иначе, неискушенный читатель может получить превратное представление о заслугах того или иного ученого. На самом деле Поль Дирак был ОДНИМ ИЗ когорты великих — тех, кто создал квантовую теорию. Больше чем Дирак для развития квантовой теории сделали Н. Бор и В. Гейзенберг. Не меньше Дирака имеются заслуги у Э. Шредингера, М. Борна и А. Эйнштейна. Велик вклад А. Зоммерфельда, Л. де Бройля и еще более чем десятка ученых первой половины XX века.

Приняв это замечание бежим дальше вслед за Г. Фрейзером по кроличьей норе, ведущей в мир антиматерии! Итак, Дирак предсказал античастицы, точнее будет сказать, что он предсказал существование позитрона и антипротона. Не последнюю роль в строгом математическом обосновании этого предсказания сыграл Г. Вейль. Из Англии силой мысли мы переносимся в Америку, где молодой и талантливый физик-экспериментатор Карл Андерсон открывает позитроны в космических лучах. Открытие Андерсона не было усыпано розами. Почему? Читайте книгу Г. Фрейзера.

Вихрем проносится Вторая мировая война, на заднем плане взрываются атомные бомбы. И вот уже Р. Фейнман, Ю. Швингер и С. Томонага создают первый работающий вариант квантовой теории поля — Квантовую электродинамику. Конечно, самой колоритной фигурой среди этой троицы является Ричард Фейнман. О нем написано много, в том числе и у Гордона Фрейзера. Но лично у меня наибольшее восхищение вызывает японский физик Синьитиро Томонага. В разоренной войной Японии он в отрыве от остального мира смог сделать то, что сделали вместе Фейнман, Швингер и еще несколько физиков в благополучной и богатой Америке.

Что дальше? Дальше открытие антипротона на ускорителе Беватрон в Беркли и буквально поток новых (анти)частиц на всех ускорителях в 1960-1970-е годы прошлого века, кварковая модель Гелл-Манна и Минимальная стандартная модель Глэшоу-Вайнберга-Салама. Это есть в любой популярной книжке по физике высоких энергий, вышедшей в последние двадцать лет. Есть и у Фрейзера. Однако Гордон Фрейзер и тут находит свой путь. Он делает акцент на применение антипротонов и позитронов в физике высоких энергий. В частности, на протон-антипротонных коллайдерах в CERNе и FNALе были открыты переносчики слабых взаимодействий W и Z-бозоны, а также самый тяжелый из всех известных кварков: t-кварк. Перипетии этих открытий достаточно подробно и интересно описаны в рецензируемой книге. Целая глава в книге посвящена выдающемуся советскому физику и правозащитнику Андрею Дмитриевичу Сахарову. Посвящена именно как физику, который дал одно из самых логичных объяснений барионной асимметрии вселенной, то есть преобладанию в окружающем нас мире частиц над античастицами. Английский популяризатор, на мой взгляд, прекрасно раскрывает суть работы Сахарова, так, что она становится совершенно "очевидной". Еще одна судьба, подробно изложенная в книге, судьба пакистанского физика-теоретика и Нобелевского лауреата Абдуса Салама. Судьба выдающегося человека и гуманиста, даже память о котором на его родине до сих пор преследуют мусульманские религиозные фанатики. Почему? Прочтете книгу — узнаете.

Целая глава посвящена созданию и создателям ловушек для античастиц. Создание ловушки — дело нетривиальное. За это даже дают Нобелевские премии по физике! Читая эту главу, я сделал для себя маленькое открытие. Дело в том, что в Европейской лаборатории по физике высоких энергий CERN все улицы носят имена выдающихся физиков. Естественно, что самая большая и широкая — это улица Эйнштейна. Есть улицы Демокрита, Резерфорда, Максвелла, Шредингера, Планка, Опенгеймера, Дирака и даже Векслера (в Дубне, кстати, аналогичная традиция именования улиц). Одна из центральных улиц CERNа носит имя Вольфганга Паули. А улица, на которой теперь находится сердце CERNа — 40-ой корпус (в нем работают физики, занятые в будущих экспериментах на протон-протонном коллайдере LHC) — носит имя Вольфганга Пауля (W.Paul). Про Вольфганга Паули я знаю почти все и давно хотел узнать, кто такой Вольфганг Пауль (тезка и почти однофамилец великого теоретика), что он сделал в физике. Но все никак не было ни времени, ни идеи, где искать. Ответ случайно нашелся в книге Фрейзера как раз в главе про ловушки. Оказывается В. Пауль — известный экспериментатор, создатель электромагнитных ловушек для элементарных частиц и лауреат Нобелевской премии по физике за 1989 год... Да, даже если специалист делает в книге Фрейзера для себя маленькие открытия, то сколько интересного может почерпнуть из рецензируемой книги простой любитель науки!

Наконец, когда все компоненты собраны, Г. Фрейзер переходит непосредственно к рассказу о том, как в 1995 году экспериментаторами CERNа были получены и исследованы на установке LEAR первые атомы антиводорода. Менее десяти штук. При этом скорости полученных атомов были близки к скорости света. Возможно, со временем, именно 1995 год будут считать годом создания антихимии. Но на фоне открытия t-кварка во FNALе, исследования свойств калибровочных бозонов, которые интенсивно проводились в то время в CERNе, в преддверии ожидания открытия бозона Хиггса и на волне интереса к лептокваркам, стимулированной ошибочными наблюдениями DESY, создание первых атомов антивещества группой под руководством скромного немецкого профессора Вальтера Элерта (Walter Oelert) прошло практически не заметно для ученых, но было широко разрекламировано газетчиками и телевизионщиками.

Выиграла или потеряла физика от подобной рекламы? С одной стороны — выиграла. В век непросвещенной демократии слово средств массовой информации дорого стоит, особенно слово хвалебное. С другой — у широкой общественности в который уже раз создалось превратное впечатление о достижениях в физике элементарных частиц. Надо прямо сказать, что эксперимент по получению атомов антиводорода далеко не самый важный, сложный и красивый эксперимент прошедшего десятилетия, но, без сомнения, самый известный в широких кругах. А истинно важные и красивые вынуждены из года в год доказывать свое право на осуществление и проведение. Характерным примером тут является эпопея строительства Нейтринной обсерватории Садбери (SNO), на которой в 2001 году было доказано существование нейтринных осцилляций. Честь и хвала Гордону Фрейзеру, что в своей популярной книге он стремится не только популярно рассказать широким кругам о "горячем" научном открытии, но одновременно показать, что в физике высоких энергий есть открытия глубже и важнее, чем получение десятка атомов антиводорода.

Итог: "Антиматерию" Г. Фрейзера смело можно рекомендовать школьникам, учителям физики, студентам младших курсов и всем любителям науки в нашей стране. Тираж у книги по нынешним временам значительный — 3000 экз. Однако высокая цена (более 200 рублей в московских магазинах) может отпугнуть от приобретения книги многих потенциальных покупателей. Желательно, чтобы подобные книги впредь стоили минимум в два раза дешевле.

И последнее, английский вариант книги вышел в 2000-ом году. Изложение событий Фрейзер ограничивает 1998-ым годом. С тех пор в вопросе синтезирования антиматерии произошел большой прогресс. Например, в 2002 году две экспериментальные коллаборации (см. фотографии, приведенные выше) ATRAP и ATHENA, работающие в CERNе над проблемой синтеза антиводорода, рапортовали о получении примерно 50 тысяч (!) атомов антиводорода, имеющих температуру, близкую к абсолютному нулю. По этому поводу пионер синтеза антиводорода профессор Вальтер Элерт сказал следующее: "В 1996 году мы смогли синтезировать лишь несколько атомов антиводорода, обладающих скоростью, близкой к скорости света. Температура, эквивалентная такой скорости, в 100 тысяч раз превосходит температуру в центре Солнца. Вы понимаете, что весьма трудно исследовать свойства антиводорода при такой температуре. Теперь же мы имеем антиводород в намного больших количествах и при температуре, лишь на несколько градусов превышающей температуру абсолютного нуля". Очевидно, что именно теперь, а не в 1995 году реально становится возможным развивать антихимию. Так что годом рождения антихимии можно назвать и 2002 год, а популярная книга Гордона Фрейзера нуждается в новом издании — переработаном и дополненом.

Скан обложки книги взят с сайта http://books.kupisam.ru/.

Обозрение Николая Никитина "Неизбежность странного микромира"