Вера Черногорова - Загадки микромира

Археологические находки дают нам возможность составить представление о древнейших на Земле цивилизациях, узнать о событиях, происходивших около 30 тысяч лет назад. Палеонтология рассказывает о древнейших формах жизни, об эволюции органического мира, реконструируя ее по частям скелетов, окаменелостей и отпечатков. Палеонтологи как будто совершают путешествие по времени назад «длиною» в миллиард лет.

Но о каких находках можно думать, когда речь идет о такой пропасти во времени, как десять миллиардов лет? Поэтому среди ученых начался умозрительный спор. Одним нравилась идея, которую в 40-х годах высказал известный физик-теоретик Г. Гамов о «горячей» модели эволюции вселенной. Он полагал, что если было время, когда ее плотность превышала тонну на кубический сантиметр, то очень высокой была и температура вещества. Другие поддерживали идею о «холодной» модели развития вселенной.

Спор долгое время был бесплодным — ни та, ни другая сторона не могла представить экспериментальных фактов. И вдруг нашлось доказательство, чрезвычайно усилившее позицию сторонников «горячей» модели.

Астрофизики 30 лет назад изучали оптические свойства молекул циана в межзвездном галактическом газе. При этом они обнаружили в космическом пространстве электромагнитное излучение с длиной волны 0,25 сантиметра. Радиоволны шли из космоса со всех сторон с интенсивностью, в сто тысяч раз превышающей мощность аналогичного излучения от всех известных небесных источников. Обнаружили, подивились, и… все. И никто, как ни странно, даже не попытался установить его происхождение.

В 1965 году сотрудники лаборатории Белл-телефон А. Пензиас и Р. Уилсон разрабатывали систему связи с помощью спутников на волне 7,3 сантиметра. Для нормальной работы аппаратуры надо было исследовать все помехи на этой длине волны. И когда, как им казалось, они ликвидировали все возможные радиошумы, исключительно точные приборы продолжали регистрировать очень интенсивное излучение, приходящее равномерно со всех сторон.

Так — уже во второй раз — было открыто тепловое реликтовое космическое излучение — свидетель давно прошедших лет.

Чего только не испытали эти радиоволны с тех давних пор! На пути к Земле они бесчисленное количество раз рассеивались на встречном веществе, все больше и больше забывая о своем первоначальном состоянии. Наконец, вместе с расширением вселенной они остыли до температуры 3° по Кельвину.

Но даже такие, с ослабленной «памятью», свидетели — ценная находка для ученых. Энергия каждого такого кванта теплового излучения в две тысячи раз меньше энергии квантов видимого света. Но их так много, что на каждый атом вселенной приходится около ста миллионов реликтовых квантов. И ученые имеют возможность ставить точные эксперименты для получения сведений о характере расширения вселенной.

Ну а нельзя ли узнать, что было еще раньше? Какой была вселенная в первые минуты и секунды своего бытия?

Уравнения механики и закон «охлаждения» квантов реликтового излучения дали возможность ученым совершить путешествие в такие глубины времени, куда не проникал даже самый ретивый герой фантастического романа.

Десять миллиардов лет назад вселенная совсем не походила на то, что мы сейчас подразумеваем под этим словом. Тогда еще не было ни звезд, ни галактик. Тогда существовала лишь сверхплотная раскаленная материя, состоявшая из отдельных элементарных частиц, смешанных с излучением.

При расширении вселенной температура этого излучения постепенно падала, и, наконец, настал момент, когда его влияние на вещество прекратилось. Предоставленное самому себе в космическом пространстве, реликтовое излучение «дожило» до наших дней.

Но это еще не все. В так называемую «лептонную эру», когда возраст вселенной исчислялся долями секунды, основную роль играли легкие частицы — лептоны (мюоны, электроны, нейтрино и антинейтрино). Но реакции с этими частицами быстро прекратились, и нейтрино стали свободными.

Сколько интересного могли бы сообщить эти «живые» ровесники совсем юной вселенной! Реликтовые нейтрино помогли бы ученым воссоздать образ только что рожденного мира. Свидетели эти обладают феноменальной «памятью» благодаря слабому взаимодействию с веществом. Если бы их удалось зарегистрировать, это позволило бы окончательно решить вопрос об условиях, царивших во вселенной в первые секунды и минуты ее существования.

«Поиски реликтовых нейтрино, какими бы сложными они ни оказались, — говорит академик Я. Зельдович, — чрезвычайно важны для решения вопроса о самых ранних стадиях космологического расширения. Поистине измерение реликтовых нейтрино будет „экспериментом века“».

Когда появилось это слово? Достоверно известно, что поэт Андрей Вознесенский не был первым человеком, употребившим его. Однако благодаря ему мы имеем возможность прочесть слово «антимиры» в утвердительной интонации, огромными буквами напечатанное на афишах Московского театра на Таганке.

Но кто же все-таки сказал «А»? Обратите внимание на логический генезис этого слова: «античастицы — антивещество — антимир». Ясно, что «А» сказали физики, открывшие античастицы. Сначала позитрон, а потом антипротон и другие.

В Новосибирске ученые впервые получили «кусок» антиматерии — пучок позитронов, который существовал часами. «Это было уже нечто почти реальное и ощутимое не только для физиков, но и для любого человека. Пожалуйста, смотрите, вот он — свет античастиц!» — говорил директор Новосибирского института ядерной физики академик Г. Будкер.

Но античастицы — это еще не антивещество. Обычное вещество состоит из атомов, а атомы — из атомных ядер и электронов. Все компоненты антивещества — антипротоны, антинейтроны и позитроны — были обнаружены экспериментально. Но оставался открытым вопрос: могут ли ядерные силы «склеивать» античастицы в антиядра?

У теоретиков на этот счет не было никаких сомнений. Их уравнения говорили о том, что наряду с античастицами должны существовать и антиядра, состоящие из антипротонов и антинейтронов. Ничто не мешало вообразить антимир, в котором все химические элементы были бы антиэлементами и заполняли бы «антитаблицу» Д. Менделеева. А по богатству химических соединений этот мир ни в чем не уступал бы нашему.

На ускорителе с энергией в 30 мега-электрон-вольт в Брукхейвене, в США, экспериментаторам удалось осуществить мечту теоретиков. Приборы зарегистрировали рождение антиядер дейтерия — тяжелого изотопа водорода. Антипротон и антинейтрон соединились в антиядро!

Следующий элемент в периодической таблице — гелий. А что, если античастицы не могут создавать ядер более тяжелых, чем дейтерий? Для выяснения этого вопроса необходим ускоритель с энергией в 70 мега-электрон-вольт.