Изучение свойств экзотической материи представляет для ученых особый интерес. И вот почему.
Дело в том, что изучение микромира крайне ограничено нашими техническими возможностями. Во-первых, у нас просто нет инструмента, который бы позволил контролировать поведение одного единственного квантового объекта в каждый момент времени, будь то атом или элементарная частица, как это можно сделать в классической физике. Все что мы можем, это придавать им определенные начальные характеристики, такие как энергия и импульс. Во-вторых, мы не можем рассмотреть сам процесс взаимодействия квантовых объектов, можем лишь измерить их характеристики после того, как они провзаимодействуют. Все вместе это означает, что обычно нам доступны данные о характеристиках объектов только до и после взаимодействия, а сам процесс взаимодействия мы восстанавливаем с помощью теоретических построений. Кроме того, обычно в экспериментах участвуют составные частицы (те же протоны на БАК), а значит, при взаимодействии таких частиц одновременно протекает множество процессов.
Таким образом, в экспериментах с квантовыми объектами перед учеными встает проблема: как понять, каким взаимодействиям соответствуют полученные данные? Одно из решений – это строительство ускорителей, где можно четко проконтролировать как тип используемых объектов, так и их характеристики. Оптимальным вариантом с этой точки зрения являются ускорители электронов. По современным представлениям электроны не обладают внутренней структурой, а значит, распознавать реакции с ними проще. Или ускорители, способные разогнать составные квантовые объекты (протоны, например) до таких скоростей, чтобы бесструктурные элементы, из которых состоят эти объекты, взаимодействовали при столкновении только попарно. Т.е. один элемент из квантового объекта «ударялся» только с одним элементов другого.
Второй вариант решения проблемы распознавания экспериментальных данных заключается в создании сложных квантовых систем с прогнозируемыми свойствами, таких как экзотические атомы. Преимущество здесь в относительно небольшой энергии, необходимой для их создания, и относительной простоте их внутренней структуры и взаимосвязей между их субатомными частицами. Но есть тут и трудности – обычно синтез экзотических атомов требует большой аккуратности в манипуляциях с «исходными ингредиентами».
Подводя итог, можно сказать, что ни строительство ускорителей высоких энергий, ни использование свойств экзотической материи не дает ученым идеальной экспериментальной площадки для квантовых экспериментов. Поэтому и используются оба варианта.
В следующей части поговорим о пионном гелии и о том, почему он интересен ученым.
