А. Лельевр - Эврика-86

ВЕЧЕН ЛИ ПРОТОН?

Еще на школьной скамье мы узнаем о протонах и электронах электрически заряженных частицах атома. Протон как бы его сердцевина, простейшее атомное ядро. Природа наделила эту частицу устойчивостью благодаря столь счастливому обстоятельству существуем и мы с вами, и окружающий мир. Протоны — своего рода кирпичики, из которых построена вся природа, как живая, так и неживая. Только в человеческом теле их огромное количество, выражающееся единицей с 29 нулями, — чтобы записать это число во всем его великолепии, не хватило бы строчки в газетном столбце. Представление о нем дает такое сравнение — именно во столько раз размер нашей Вселенной больше однокопеечной монеты.

"А вечна ли эта частица?" — вот вопрос, интересующий ученых в последнее время. И вовсе не из-за боязни "конца света", наоборот, они даже заинтересованы найти следы ее распада. Почему же? Дело в том, что стабильность

тона, как ни странно, мешает созд стройную картину мироздания.

Еще сравнительно недавно в физик микромира царил «беспорядок» — ~ ц следователи находили все новые эле1 ментарные частицы, их количество под ходило к двумстам, а вот общих принципов классификации не было. Физики чувствовали себя примерно так же как химики до тех пор, пока Д. Менделеев не открыл периодический закон и каждый элемент занял свое место в знаменитой таблице. Подобный порядок мечтают навести и физики — выявить единство сил природы.

И вот в последнее десятилетие в этой науке происходит бесшумная революция. Если сравнивать дорогу исканий с длинным темным туннелем, можно сказать, что теперь в его конце забрезжил ^вет. Появилась надежда создать единую теорию всех четырех сил природы; гравитационных, электромагнитных, сильного и слабого взаимодействиятеорию так называемого "большого объединения". А чтобы ее построить, надо допустить, что основной строительный материал нашего мира — протон — нестабилен. Вот почему физики так настойчиво ищут следы его распада — пока, пожалуй, нет другой возможности экспериментально подтвердить теорию "большого объединения".

Увы, некоторые расчеты говорят о том, что протон стабилен, во всяком случае, его жизнь намного дольше миллиона миллиардов лет. Сравнитевозраст Вселенной, по современным воззрениям, «всего» около десяти миллиардов лет. Если бы протон жил меньше, в нашем организме за год распадалось бы столько этих частиц, что доза радиаци и оказалась бы просто смертельной. Человечество же живет и здравствует.

Итак, нижний предел установлен, а верхний, по теории "большого объединения", должен быть где-то в области 10^-10" лет. Время фантастическое, трудно представимое, практически бесконечное по сравнению с тем, сколько

уже прожила наша Вселенная после своего рождения-Большого взрыва. Именно тогда, по мнению ученых, и родились протоны. Но это средний срок их существования. А вот сколько проживет каждый конкретный протон, сказать нельзя. Если он все-таки распадается, срок его жизни случаен — таковы причудливые законы микромира. Конкретная частица может погибнуть гораздо раньше своих собратьев, а может и пережить их всех.

Идея "эксперимента века" проста. Надо взять огромную массу практически любого вещества (обычно используют очищенную воду) и наблюдать, появятся ли в ней частицы, рожденные при распаде протона. Чем больше масса, тем больше в ней протонов, а значит, больше и вероятность, что хотя бы несколько из них погибнут. Во всяком случае, эта масса должна быть более десяти тысяч тонн (современные детекторы имеют пока меньшую массу). И из этого бесконечного числа протонов — вспомните, сколько их только в нашем теле — за год непрерывного наблюдения могут погибнуть лишь несколько. Уловить продукты их распада — задача потруднее, чем найти иголку в стоге сена.

А поиск осложняется тем, что в огромной массе детектора из-за радиоактивных примесей и космического фона будут распадаться и другие частицы — следы этих событий можно принять за гибель протонов. Чтобы избавиться от помех, детекторы прячут под толщей грунта или воды.

Один из первых экспериментов провели советские ученые на Баксанском нейтринном телескопе. Следов распада они не обнаружили. Именно тогда, исходя из характеристик прибора, было рассчитано время жизни протонаоно оказалось более 1,5х10^ лет. Индийские и японские специалисты спрятали детектор в золотоносной шахте на трехкилометровой глубине. Замеренное здесь время распада оказалось еще больше-около 10^ лет.

Новое поколение детекторов, возможно, в конце концов обнаружит распавшийся протон. А если нет? Значит, время его жизни превышает 10 ^ лет. Дальнейшие поиски и сложны и дороги. Может даже оказаться, что создать установку для измерения времени распада порядка 10^ лет легче на Луне, чем на Земле.

Не исключено, что время жизни каверзной частицы вообще превышает наши технические возможности измерения. Тогда физики придумают другие эксперименты, косвенно подтверждающие теорию, ведь на пути к "большому объединению" есть не только трудности — этот путь обещает и большие открытия. Объединение всех физических взаимодействий, как отметил вице-президент АН СССР академик А. Логунов, "может произвести пере- ворот во всей практической деятельности человека. Ведь с помощью одних сил можно будет управлять другими, превосходящими их во много раз".

КВАРКИ ХОДЯТ ПАРАМИ

Сегодня уже ни у кого нет сомнений в том, что элементарные частицы состоят из кварков. А вот о том, как они устроены, пока единого мнения нет. Квантовая хромодинамика — наука о взаимодействии кварков предполагает, что кварки «склеены» при помощи глюонов. Доказательством существование глюонов считали трехструйные события при столкновении частиц: когда высокоэнергичные частицы сталкиваются, от места столкновения разлетаются целые снопы или струи частиц. Когда таких струй две, это значит, в

вении родилась пара кварк-антикварк с колоссальной энергией и, разлетаясь в разные стороны, они и порождают две противоположно направленные струи. Когда же экспериментаторы обнаружили события с тремя струями, они предположили, что наконец-то найден долгожданный глюон, потому что кварки могут рождаться только парами, а глюоны и поодиночке. Однако некоторые физики считают этот, хоть и долгожданный, вывод преждевременным. Они предполагают, что кварки в частицах могут быть тесно связаны в пары и такими же парами — дикварк и антидикварк могут рождаться в столкновениях. А если один из дикварков после рождения распадается на два отдельных кварка, вот и получится трехструйное событие.

ЕЩЕ О МОНОПОЛЕ…

Гипотезу монополя — магнитного заряда — выдвинул более полувека назад Поль Дирак. В наши дни поиск этого экзотического жителя микромира возобновился с новой силой, потому что монополь очень удачно вписывается в современные теории строения элементарных частиц и взаимодействий.