Кварки, протоны, Вселенная

В то же время, как уже было сказано, опыты по «просвечиванию» протонов и нейтронов пучками лептонов (электронов и нейтрино) определенно говорят за то, что эти частицы содержат внутри себя «зерна» с дробными электрическими зарядами и другими свойствами, какие должны быть у кварков. Парадокс!

Может, дело в том, что силы, связывающие кварки и антикварки в элементарных частицах, так велики, что энергии современных ускорителей просто не хватает чтобы их разорвать? Оттого никто и не может увидеть свободных кварков? Предположим, что кварк — тяжелая, массивная частица, но только в свободном, изолированном состоянии, когда он находится вдали от других кварков. При сближении между кварками возникает сильное поле взаимодействия, взаимное притяжение которого нейтрализует, «гасит» большую часть их массы (с ними происходит то же, что и по закону Архимеда с телом, погруженным в ванну, только здесь они погружены в «полевую ванну»). Выбить кварк из «полевой ванны» можно, лишь выстрелив в него очень быстрой частицей, обладающей большой кинетической энергией. Поэтому, если кварки — частицы очень тяжелые, в современных ускорителях их «выковырять» невозможно.

Конечно, есть еще космические лучи, где встречаются частицы, чья энергия в тысячи и даже в миллионы раз превосходит ту, что можно получить в самых мощных ускорителях. Энергии сверхвысокоэнергетических частиц из космоса достаточно, чтобы расколоть самый твердый кварковый «орешек», но таких частиц мало, и опыты с ними не точны. Поэтому, может быть, и не были замечены те редкие случаи, когда космические частицы раскалывали нуклонные «орешки» на кварки. Таким образом, если кварки действительно очень тяжелые частицы, обнаружить их в реакциях расщепления будет неимоверно трудно, почти безнадежно. А строить ради этого фантастически мощные ускорители — дело очень сложное и дорогое.

Можно, однако, совершить обходной маневр и решить задачу иным способом.

Космические частицы сверхвысокой энергии очень редки, зато они падают на нашу планету уже несколько миллиардов лет, и за это время они могли образовать очень много кварков и антикварков. А однажды образовавшись, кварк и. антикварк уже не в состоянии исчезнуть — им некуда спрятать свой дробный заряд. Если кварк (или антикварк — все равно) распадется, то среди его осколков непременно окажутся частицы с дробным зарядом. Ведь электрический заряд сохраняется, и если вначале он был дробным, то и сумма зарядов продуктов распада будет тем же дробным числом. Если кварк будет поглощен какой-либо другой частицей, допустим, одним из нуклонов, то образуется новый объект, но опять-таки с дробным зарядом. От дроби никуда не денешься!

Рожденные космическими лучами кварки и антикварки должны постепенно накапливаться в веществе Земли, Луны и внутри блуждающих в космическом пространстве и изредка падающих на Землю метеоритов.

Конечно, блуждая по свету, кварк рискует столкнуться с антикварком, обладателем противоположного заряда, и тогда может произойти их аннигиляция — превращение в обычные частицы с целочисленными зарядами (если только суммарный заряд в конце и вначале будет равен нулю). Но мы уже знаем, что если кварки и содержатся в окружающем нас веществе, их концентрация там настолько мала, что вероятность встречи кварка с антикварком ничтожна,

Есть еще одна причина, почему окружающее нас вещество может содержать кварки. Это могло случиться на ранней стадии жизни нашей Вселенной, вскоре после Большого взрыва, когда Вселенная была еще сверхплотной, сверхгорячей и из «протовещества» рождались и «выпадали в осадок» разные частицы, в том числе и кварки.

Тут неискушенный читатель может спросить: о какой ранней стадии жизни Вселенной идет речь, о каком таком Большом взрыве? Автор уже упоминал об этом, а теперь вот говорит снова. Столько лет нас учили, что у Вселенной не было начала и не будет конца, а тут — «ранняя стадия жизни». Может быть, у нее будет и, «поздняя стадия», то есть конец? Просим автора объясниться и рассказать об этих вещах подробнее.

Замечу сразу, что подробных рассказов было уже, немало. Сошлюсь прежде всего на вышедшую недавно в 1986 г., в московском отделении издательства «Наука» популярную книгу «Прошлое и будущее Вселенной», в которой собраны статьи на эту тему, написанные видными специалистами и печатавшиеся в журнале «Природа» в 1979—1985 гг. Сошлюсь и на собственную недавнюю статью «Штрихи раздувающегося мира», которую читатель найдет в № 10 журнала «Наука и религия» за 1986 г. (В том же журнале печатались в свое время обстоятельные обзоры И. Григорьева «После Большого взрыва» (1981, № 2) и «Нейтринная Вселенная» (1982, № 9).)