Читать интересную книгу Охота за кварками - Юрий Чирков

Сверхпроводимость характеризуется критической температурой. Выше этой точки сверхпроводимость исчезает, внутреннее состояние проводника перестает быть упорядоченным (в вакууме, как оказалось, виртуальные частицы тоже отнюдь не находятся в состоянии хаоса). Так вот, для металлов критическая температура не превышает что-то около 25 градусов выше абсолютного нуля (шкала Кельвина). А в вакууме — он и тут ставит рекорд критическая температура, как показали расчеты, равна 1016 градусов!

Где же найти подобные чудовищные и даже еще более высокие температуры? Где? Их имела Вселенная сразу же после «первовзрыва», когда физический вакуум не был сверхпроводником, а обладал совсем другими свойствами. И это обстоятельство проливает свет не только на ход формирования Вселенной, но и на историю элементарных частиц. Попробуем это объяснить.

Результат деятельности трех из четырех основных сил природы — сильных, слабых и электромагнитных — можно наблюдать совокупно в любом акте радиоактивного распада атомов.

Tут сильное (ядерное) взаимодействие обусловливает «слипание» протонов и нейтронов, покидающих разваливающийся атом в виде ядер атомов гелия а-частиц.

Слабое взаимодействие побуждает нейтрон ядра к распаду: так возникают электроны — р-частицы. А электромагнетизм проявляет себя в испускании квантов света — у-лучей.

Прежде все эти фундаментальные силы казались ученым совершенно независимыми. Однако теперь теория «Великого объединения» сделала эти различия иллюзорными, мнимыми. В момент Большого Взрыва, при сверхвысоких температурах, различия сил не существовало, их разделение произошло позже.

К моменту времени 10-35 секунды после Большого Взрыва вследствие расширения температура вещества понизилась до 1016 градусов. И вот тут произошло первое разделение сил: сильные взаимодействия отделились от электрослабых. Что и привело к выделению отдельно кварков и лептонов.

Это был скачок в эволюции Вселенной, сопровождавшийся фазовым переходом. Высвободившаяся при этом из вакуума гигантская энергия (перекачка энергии из вакуума в вещество) перешла в кинетическую энергию пузырьков повой фазы, подобно тому как это происходит при бурном вскипании сильно перегретой жидкости.

Вселенная тогда буквально клокотала, как кипящий на плите чайник!

И этот фазовый переход не был в истории Вселенной единственным. Позднее, ко времени 10-10 секунды после «пуска», произошел новый фазовый переход: здесь уже электрослабое взаимодействие «раскололось» на слабые ядерные силы и силы электромагнитные. В результате все окружающие нас частицы, кроме фотонов и нейтрино, приобрели собственную массу…

Так творился наш мир.

Работы советских физиков-теоретиков открыли совершенно новую страницу в изучении Вселенной. Стали понятны причины и истоки гармонии Вселешюп. Никакой господь-бог не подгонял, не шлифовал, не прилаживал мировые константы. Они так топко согласованы, увязаны друг с другом потому, что имеют общие корни и совместную историю. «Расслоение» сил, формирование спектраэлементарных частиц, возникновение химических элементов — все это жестко и в то же время непринужденно запрограммировано в длительной эволюции Вселешк/й.

Содержание двух последних глав свидетельствует, что существует глубокая взаимосвязь между современной космологией и астрофизикой и новейшей фшпкой элементарных частиц. Космология и астрофп мша устанавливают определенные ограничения на число и свойства элементарных частиц, а экспериментально подтвержденные положения физики элементарных частиц позволяют находить новые пути для решения космологических проблем, связанных прежде всего с происхождением вещества во Вселенной.

Вообще чем дальше развивается естествознание, том все более очевидным становится зыбкость и условность границ (не тут ли главный порок сверхспециализации?) отдельных научных разделов. Космос соединяется с микромиром, Вселенная кипит, словно чайник, — эти и им подобные примеры наглядно иллюстрируют единство наук.

7

Странности странного мира

Отыскивание законов физики — это вроде детской игры в кубики, из которых нужно собрать целую картинку. У нас огромное множество кубиков, и с каждым днем их становится все больше. Многие валяются в стороне и как будто бы не подходят к остальным. Откуда мы знаем, что все они из одного набора? Откуда мы знаем, что вместе они должны составить цельную картинку? Полной уверенности нет, и это нас несколько беспокоит. Но то, что у многих кубиков есть нечто общее, вселяет надежду. На всех нарисовано голубое небо, все сделаны из дерева одного сорта…

Ричард Фейнман. Характер физических законов

В 1982 году два шведских физика из Королевского технологического института в Стокгольме — С. Фредриксон и М. Яндель — объявили об открытии ими новой формы вещества. Они назвали его «демоническим».

Уже привыкли к мысли о том, что протоны и нейтроны — каждый состоит из трех кварков. А вот в «демоническом» дейтроне (изотоп водорода, в ядре которого сошлись протон и нейтрон) шесть кварков соединены уже не в две группы по три, а в три по два!

Такая диковинная комбинация кварков неустойчива и может проявить себя многими способами. «Демоническую» материю исследователи разыскивают среди ядерных осколков, которые образуются в космических лучах и на ускорителях.

Открытие шведов симптоматично. Во-первых, речь идет о кварках, этих возмутителях спокойствия в ядерной физике.

Во-вторых, вновь — в который раз! — ломаются устоявшиеся представления.

В-третьих, открытие это сделано в тиши кабинета, среди книжных полок, набитых толстенными монографиями и солидными физическими журналами. Словом, открытие принадлежит физикам-теоретикам, людям, которых кое-кто считает среди ученых наиболее одаренными воображением и другими талантами.

И наконец, в-четвертых (и это для нас самое главное), очень показателен выбранный для вещества эпитет — «демоническое»!

Фантастический мир, который постепенно открывается ученым в глубинах атома, и будет основным «действующим лицом» этой главы.

Поди туда — не знаю куда

В одном шутливом перечне типовых экзаменационных вопросов, составленных якобы для аспирантов-физиков, есть и такая каверза: «Перечислите все до сих пор не открытые элементарные частицы и укажите причины, по которым они до сих пор не обнаружены». Это розыгрыш.

А вот серьезное и авторитетное высказывание, пожалуй, главного в нашей стране кварколога, крупного специалиста по физике высоких энергий Л. Окуня. Парадокс состоит в том, пишет он в одном из обзоров, что «мы гораздо лучше понимаем, зачем нужны те частицы, которые еще не открыты, чем многие из тех, в существовании которых мы удостоверились экспериментально».

Только непосвященным наука кажется ровной и прямой дорогой, путь по которой освещен фонарями Разума, Логики, Порядка.

В действительности же это сильно пересеченная местность, где двигаться приходится подчас в кромешной тьме, где каждую минуту можно провалиться в колдобину и сломать себе если не шею, то мозги. А точнее, разувериться в разумности и неопровержимости многих, казалось бы, незыблемых представлений и школьных истин, прописей здравого смысла. Впрочем, а как же может быть иначе? Ведь вся наука — езда в незнаемое.

Американский физик-теоретик К. Дарроу очень ехидно и точно определил. «Исследование — это поиски, когда вы не знаете, что найдете; а если вы знаете, значит, уже нашли, и вашу деятельность нельзя назвать исследовательской».

И все же среди других наук физику элементарных частиц (так же как и космологию) отличает одна уникальная особенность. В этой области мы, как правило, не знаем основных законов, управляющих изучаемыми явлениями.

Примеров случайных открытий в физике сколько угодно. Искали, скажем, теоретически предсказанный (лауреатом Нобелевской премии, первым среди жителей Страны восходящего солнца удостоенным этой высокой чести японцем X. Юкавой) пи-мезон (или пион), а открыли (1936) мю-мезон (или мюон), о котором никто и не помышлял.

Пион был открыт только в 1947 году. Он, как известно, нужен для объяснения природы ядерных сил. А вот зачем природе мюон, этот двойник электрона, отличающийся от него только массой (мюон в 207 раз тяжелее электрона), ученые (даже спустя почти полвека после открытия!) и сейчас плохо понимают.

Вообще развитие физики кажется логически последовательным только в ретроспективе. С «послесказаниями» дело обстоит неплохо — хуже с предсказаниями. Тут очередной шаг почти всегда неожидан и очень часто не воспринимается всерьез не только теми, кто смотрит со стороны, но даже теми, кто этот шаг делает.