Открытие Вселенной - прошлое, настоящее, будущее

Но в программах работ стоят и стратегические задачи дальнего прицела. В настоящее время многие физики верят в вариант так называемого Великого Объединения - теорию, которая описала бы кварки, лептоны и промежуточные бозонные поля единой схемой некоторого электроядерного взаимодействия. Было бы приятно выяснить, что на расстояниях ~ 10-29 см лептоны и кварки ведут себя как одно семейство. Неплохие модели такого объединения уже заготовлены, но масштаб его соответствует фантастически высоким энергиям 1014 - 1015 ГэВ (~10-5 ? 10-4 ЕР!). Именно такого порядка массы предсказывают модели великого объединения для промежуточных Х-бозонов, за счет которых кварки могут трансформироваться в лептоны и наоборот.

Реально процесс кварк-лептонных переходов ведет к предсказанию таких интереснейших явлений, как нестабильность протона. Например, протон может самопроизвольно распадаться на ?0-мезон и позитрон (р ( ?0 + е+). Происходит это потому, что d-кварк и один из u-кварков протона, обмениваясь Х-бозоном с зарядом + 4/3, преобразуются в анти-u-кварк и позитрон. Оставшийся u-кварк и получившийся и объединяются в ?0-мезон, а позитрон свободно покидает область взаимодействия.

Вся совокупность наблюдений указывает на высокую стабильность протона - его среднее время жизни не меньше 1032 лет, иначе окружающий мир выглядел бы совсем по-иному. Поэтому вероятность процессов распада должна быть крайне мала, и, по сути, из-за этого и приходится выбирать столь огромную массу Х-бозона. Строительство ускорителя для прямой генерации таких суперчастиц - дело далекого будущего, но распад протона ищут уже сейчас. Если его среднее время жизни действительно не превышает 1031 или 1032 лет, то в объеме вещества, заключающем, скажем, 1033 протонов (порядка 1000 тонн), должно происходить в среднем 100 или 10 распадов в год, соответственно. Хотелось бы верить, что к моменту выхода этой книги распад протона станет экспериментально установленным фактом, и мы получим сильнейшее указание на то, что при энергиях частиц ~ 1015 ГэВ (на расстояниях ~ 10-29 см) электрослабые и цветные межкварковые взаимодействия сливаются в единую электроядерную силу.

ГИПОТЕТИЧЕСКИЙ РАСПАД ПРОТОНА (р ( ?0 + е+)

Однако стремление к энергии ~1015 ГэВ представляется в основном проблемой, завещаемой 21 веку. Не все так просто и с очень привлекательным, но так и не зарегистрированным распадом протона - похоже, что в теоретических схемах вступают в игру параметры, подозрительно близкие к планковской области*. Тем более велик шанс натолкнуться на необычные - хотя и нельзя сказать, чтоб столь уж неожиданные,- явления, связанные с лептонами и кварками.

* Дело в том, что, обеспечивая достаточно большое время жизни протона ?p>1037 с, необходимо принять МX>1014mp (? ~ ?-2 (h /mpc2)(MX/mp)4), но тогда сечение

взаимодействия внутрипротонных кварков (процесс u + d ( u-+e+) за счет обмена столь тяжелым бозоном оказывается исключительно малым (? ~ ?2 (h /mpc)2 (mp/MX)4 ~ 10-88 см2) - намного меньше характерного планковского сечения (?P ~ lP2 ~ 5.10-66 см2). Возможно, это обстоятельство ("незаконность рейда в планковскую область") и не позволяет рассматривать распад протона по аналогии с распадом нейтрона (где работает гораздо более легкий - W-бозон, и нет никаких слишком малых сечений). Было бы забавно выяснить, что именно планковский барьер стабилизирует протон.

Попытка сохранить внутрипротонные сечения взаимодействия кварков на уровне ? > ?P резко ограничивает массы Х-бозонов в схеме типа великого объединения: MX ( 3.108 mp. Но если такие Х-бозоны по-прежнему давали бы переходы кварк-лептон, протон жил бы в среднем не более миллиона лет, и во Вселенной не было бы даже водорода. Таким образом, слишком далекие экстраполяции таят в себе немало неожиданностей!

Не представляют ли 6 лептонов низшие уровни какого-то богатого лептонного спектра, а кварки - соответственно кваркового? Иными словами, не возникнет ли со временем чего-то в духе "субадронной спектроскопии", где лептоны и кварки (и, возможно, ныне известные бозоны) окажутся сверхплотными связанными состояниями неких субкварков? Эти вопросы весьма важны, тем более что пока нет удовлетворительных идей по поводу происхождения лептонных и кварковых масс. Варианты со следующим структурным уровнем вещества активно изучаются теоретиками.

Кажущаяся простота в обращении с точечными лептонами и кварками не должна обманывать. Полагая, что эффективный размер электрона меньше

10-15 см, мы фактически утверждаем, что плотность его заметно превышает ядерную: ( > 1018 г/см3, а для мюона она больше в 200 раз. Если точечность электрона нарушится на расстояниях порядка 10-27 см, мы получим объект той же плотности, которая встречалась при обсуждении космического микронаселения (( ~ 1052 г/см3). Это может произойти или нет, но в любом случае рассмотрения частиц вблизи планковской области вряд ли обойдется без появления эффективной структуры.