Проклятые вопросы

Одна из теорий такого рода получила название теории Великого объединения. Она объединила три из четырёх известных нам взаимодействий. Это электромагнитные взаимодействия между частицами, обладающими электрическими зарядами. (Электромагнитные взаимодействия проявляются при работе электрических машин, радиостанций и во многих технических устройствах.) Второй тип взаимодействий называется слабым потому, что оно в 100 раз слабее электромагнитного взаимодействия. Но и его можно наблюдать сравнительно просто: например, при бета-распадах радиоактивных ядер и при распаде свободных нейтронов. Третьим типом являются сильные взаимодействия, удерживающие кварки внутри протонов, нейтронов и других составных частиц. Проявления сильных взаимодействий поддаются наблюдению при помощи мощных ускорителей микрочастиц.

Эта теория — одно из самых впечатляющих достижений современной научной мысли. Она развенчала миф о вечности протона. Одним из её предсказаний является предсказание нестабильности протона! Теория заставляет нас признать, что протон, ещё недавно считавшийся абсолютно стабильным, существующим вечно, способен самопроизвольно распадаться. При этом рождаются другие, уже известные нам частицы. Например, позитроны и антинейтрино. Правда, распады протона — очень редкое явление. Если следить за одним «определённым» протоном, то время до его вероятного распада составляет более чем 1030 лет. Если сравнить время жизни протона с возрастом Вселенной, то оно на двадцать порядков больше, чем время существования Вселенной (около 1010 лет).

Решение вопроса о том, является ли протон истинно вечной частицей или очень долгоживущей частицей, имеет первостепенное значение. Наблюдение распада протона было бы решающим доводом в пользу теории Великого объединения, а значит, в пользу справедливости других предсказаний этой теории. В пользу объективных знаний.

Возникает естественный вопрос: как же наблюдать то, чего невозможно дождаться?

Ответ прост. Да, невозможно дождаться распада определённого протона. Но ситуация радикально изменится, если наблюдать одновременно за большим количеством протонов. Если взять под наблюдение 1030 протонов (а для этого требуется бочка воды), то на ожидание распада одного из них уйдет около года.

Важность решения вопроса о стабильности или нестабильности протонов столь велика, что ряд научных коллективов взялся за сооружение для этой цели огромных установок, снабжённых сложной электроникой.

Такие установки созданы. Они принадлежат к двум типам и различаются процессами, в которых обнаруживают своё присутствие микрочастицы, подлежащие регистрации.

Один тип установки (сцинтилляционные детекторы, знакомые уже нам) содержит вещество — сцинтиллятор, испускающее кратковременную вспышку света при прохождении через него быстрой частицы. В начале двадцатых годов нашего ядерного века такие детекторы были основным орудием исследования в ядерной физике. Вспышки сцинтиллятора тогда наблюдали невооружённым глазом. Затем они были вытеснены другими приборами, но обрели второе дыхание в конце сороковых годов, когда на смену глазу пришли многокаскадные фотоумножители.

Применение фотоумножителей открыло дорогу другим приборам — черенковским детекторам. Их название происходит от фамилии их изобретателя, советского физика П.А. Черенкова.

Ещё совсем молодым человеком он сделал замечательное открытие. Он обнаружил, что заряженные частицы, например электроны, вызывают свечение в чистых жидкостях, если движутся сквозь жидкость быстрее, чем в этой жидкости распространяется свет.

Это не противоречит теории относительности, ибо скорость распространения света сквозь вещество может быть много меньшей, чем его скорость в вакууме. А именно скорость света в вакууме (но не в веществе) является предельной для перемещения частиц или сигналов. За это открытие Черенков был награждён Нобелевской премией. Академия наук СССР избрала его академиком.

Свечение, возбуждаемое эффектом Черенкова, обладает характерной особенностью. Оно распространяется слабо расходящимся конусом, осью которого является направление движения частицы. Это свечение в черенковских детекторах регистрируется многокаскадными фотоумножителями. Так регистрируется не только факт прохождения быстрой частицы, но и направление её полёта.

Погоня за мгновением распада протона пока не привела к успеху. Учёные лишь уточнили, что среднее время ожидания такого события должно быть существенно увеличено. Вероятно, оно превосходит 1032 лет!

Обескуражил ли такой прогноз физиков? Отнюдь. Они решили: для обнаружения распада протона можно попробовать увеличить объём установки, тогда увеличится количество протонов, за которыми возможно постоянное наблюдение. Более того, эти установки пригодны для детектирования нейтрино! То есть их можно использовать для фиксации вспышек сверхновых звёзд!