Юрий Чирков - Охота за кварками

...Вселенная тогда клокотала, как кипящий чайник

Мы продолжаем разговор о Вакууме (это слово, как и слово Вселенная, давно уже следует писать с большой буквы), Вакууме, который не следует путать с пустотой.

Д. Киржниц (родился в 1926 году), физик-теоретик, доктор физико-математических наук, профессор, заведующий сектором теории сверхпроводимости в ФИАНе, после окончания физфака МГУ в 1949-м несколько лет работал в промышленности. На заводе, когда Д. Киржниц определялся на работу, расспросив молодого человека и узнав, что он занимался поляризацией вакуума, в отделе кадров рассудили просто: решили дать ему в руки кисточку и определить к вакуумным приборам замазывать трещинки...

В судьбе теоретика всякое бывает! Но именно Д. Киржниц первым высказал оригинальную мысль о том, что физический вакуум может проявлять свойства сверхпроводимости. Вместе с А. Линде (1972) он показал, что система уравнений, описывающих сверхпроводимость в металле, практически неотличима от системы уравнений, характеризующих вакуум. Что при определенных обстоятельствах вакуум может резко изменять свои свойства, испытывать фазовые переходы. За это позднее исследователи и были удостоены Ломоносовской премии.

Сверхпроводимость, это необычное свойство проводника вовсе не оказывать сопротивления электрическому току, - явление уникальное. Однако вакуум тут выказывает еще более поразительные качества: он, оказывается, изолятор для токов электромагнитных и сверхпроводник для токов слабого взаимодействия. Так сказать, един в двух лицах!

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 10^16 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 10^16 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!