Кварки, протоны, Вселенная

Это можно было бы понять, если допустить, что кварки — не просто тяжелые, а очень тяжелые частицы. Концентрация частиц, образующихся внутри горячей Вселенной, зависит от их массы. Чем тяжелее частицы, тем труднее происходит их выделение из протовещества. В своих расчетах теоретики исходили из предположения, что кварк в 5—10 раз тяжелее протона. Чтобы объяснить отрицательный результат экспериментов приходится допустить, что масса кварков в миллиарды миллиардов раз больше массы протона. Но мы уже знаем, что это уже масса пылинок, танцующих в солнечном луче. Кажется просто невероятным, чтобы часть протона была в миллиарды миллиардов раз больше его самого!

Но почему все-таки это невероятно? В последние годы открыто немало такого, что несколько десятков лет назад показалось бы абсолютно невозможным. Ведь даже в существование дробного заряда ни один физик четверть века назад не поверил бы!

Физики вообще народ весьма недоверчивый, и лишь эксперимент или какие-то глубокие теоретические аргументы могут заставить их отказаться от утвердившихся идей. Но, с другой стороны, опыт убедил физиков в необходимости анализировать любую, даже самую «сумасшедшую» возможность, если она не противоречит известным законам. Поэтому гипотезу сверхтяжелых кварков нельзя отбросить «с порога», хотя многим физикам (в том числе и пишущему эти строки) она представляется малоубедительной.

Можно было бы попытаться обнаружить «растворенные» в веществе кварки с помощью метода, которым американский физик Милликен в начале нашего века измерил заряд электрона. Милликен изучал падение заряженных капелек в электрическом поле конденсатора. Капельки были такие маленькие и легкие, что изменение их суммарного заряда всего лишь на один заряд электрона заметно влияло на скорость их падения.

Между прочим, однажды он наблюдал капельку, заряд которой был на треть меньше заряда электрона. Этот результат показался ему настолько странным, что он просто его отбросил, решив, что в опыт вкралась какая-то погрешность. Лишь несколько лет спустя в одной из своих статей Милликен вскользь упомянул об этом факте. Возможно, так оно и было — произошел один из тех непонятных «сбоев», которые иногда случаются и портят столько крови экспериментаторам. Слишком уж мала ожидаемая концентрация сверхтяжелых кварков, чтобы можно было обнаружить такую частицу внутри мельчайшей капельки.

Но все это было давно — современные экспериментальные возможности несравненно богаче! И вот в США, в Стенфордском университете, решили поставить опыт, напоминающий опыт Милликена. Чтобы манипулировать большими крупинками вещества, использовалось магнитное поле, которое компенсировало силу земного притяжения. Крупинка висела в воздухе, между пластинами конденсатора (подобно легендарному гробу Магомета). Сдвинься она на долю микрона, это отразилось бы на величине ее электрического заряда: недаром точность опыта в десятки тысяч раз превосходила ту, которой достигал в свое время Милликен.

И представьте себе, экспериментаторам удалось обнаружить положительный и отрицательный заряды, равные трети заряда электрона! В прибор один за другим помещались пять маленьких шариков из ниобия, и два из них оказались с дробными зарядами.

Трудно сказать, насколько достоверен этот результат. Скорее всего он все-таки обусловлен какими-то неучтенными особенностями эксперимента. Например, шарики из ниобия должны были быть абсолютно круглыми — симметричными по форме и по составу. Даже небольшое отклонение от симметрии сразу же породило бы силы, которые сместили бы положение равновесия шарика, а с ним и его заряд. В том, что шарики круглые, можно было, конечно, убедиться с помощью микроскопа. Гораздо труднее доказать, что у них не было внутренних неоднородностей.

Как бы то ни было, для того чтобы поверить в кварковое происхождение дробного заряда, такой эксперимент нужно повторить очень много раз и с различными образцами-шариками. Заряды кварков точно равны одной и двум третям заряда электрона, экспериментальные же погрешности такой точности, естественно, давать не будут.

В целом доводов «против» кварков в этом эксперименте пока значительно больше, чем «за». Такого мнения придерживается большинство физиков, хотя об открытии дробных зарядов уже сообщили газеты и журналы, и к нам в институты поступает масса писем с вопросами, чему же в конце концов верить — сообщениям об открытии кварков или осторожным комментариям физиков.