Барри Паркер - Мечта Эйнштейна. В поисках единой теории строения

Конечно, для распада протона требуется очень много времени. Объяснение тут простое – наши тела состоят из протонов (а также электронов и других частиц), и если бы скорость распада была велика, мы бы являлись источником радиоактивности. Даже малые дозы такого излучения имели бы катастрофические последствия – у людей очень быстро развивался бы рак. Известно, что тело человека не радиоактивно, от него не исходит даже малейшее излучение. Отсюда следует, что время жизни, точнее период полураспада протона (время, в течение которого распадается половина частиц данного типа), должно быть больше 10 16лет.

Первый эксперимент, поставленный для определения периода полураспада протона, дал значение гораздо большее. Этот эксперимент проводился в одной из глубоких шахт в Индии. Учёные обнаружили, что период полураспада протона должен быть больше 10 30лет. Интересно, что вскоре после проведения этого опыта Джорджи, Куинн и Вайнберг, исходя из теоретических соображений (на основе SU (5)-симметрии), показали, что эта величина должна составлять около 10 32лет; позднее они понизили предел до 10 31лет. Это невообразимо долгое время; нашей Вселенной сейчас всего около 10 10лет. Да и можно ли вообще зарегистрировать распад протона, если он происходит так редко? Ответ утвердителен – можно, если период полураспада не превышает 10 32лет (в противном случае возникают трудности). Обнаружить распад можно, если собрать вместе достаточно много протонов. Так, из 10 32протонов в год будет распадаться по одному. Они займут не так уж много места, впрочем, всё зависит от материала, с которым мы имеем дело, но скорее всего для этого потребуется объём с комнату среднего размера.

Я уже упоминал о том, что эксперимент в Индии проводился в глубокой шахте, и это неспроста. Земля постоянно подвергается бомбардировке космическими лучами, поэтому на поверхности было бы трудно определить, какие частицы появились в результате распада, а какие приходят из космоса. Может показаться, что вещество, содержащее такое количество протонов, будет стоить очень дорого, но на самом деле это не так. Протоны есть в любом веществе, поэтому можно использовать довольно дешевые материалы, такие как вода, железо или бетон – ими и пользовались в эксперименте.

Итак, для опыта требуется всего лишь большая масса материала и защищённое от внешних излучений помещение. В Европе есть много длинных туннелей, которые просто созданы для такого эксперимента. Особенно подходящим для этой цели оказался туннель под Монбланом: в нём есть большие помещения для хранилищ, где и проводились опыты. В США опыты производили только в шахтах. Один из экспериментов проводился в соляной шахте под озером Эри, другой – в серебряном руднике около Солт-Лейк-Сити, штат Юта, третий – в старом руднике в Миннесоте. В Миннесоте учёные использовали бетон, а в соляной шахте – воду.

Тяжёлые вещества – железо или бетон – по сравнению с водой занимают при том же количестве протонов меньший объём, но детекторы приходится располагать ближе друг к другу, что довольно трудно сделать. А вокруг резервуара с водой их можно устанавливать на больших расстояниях по определённой схеме.

Учёные пытались использовать для регистрации продуктов распада эффект Черенкова. Суть этого эффекта в том, что если частица движется в воде со скоростью, меньшей скорости света в вакууме, но превышающей световую скорость в воде, она испускает конус голубого света. Этот конус расширяется в направлении, противоположном движению частицы, а угол его раскрытия зависит от скорости. Ожидается, что частицы, образующиеся при распаде протона, можно будет легко обнаружить при помощи эффекта Черенкова.

Предварительные результаты проведённых экспериментов показывают, что период полураспада немного превышает 10 32лет. Это не совсем соответствует теоретическим предсказаниям (около 10 31лет), но эксперименты далеко не закончены. Учёные надеются, что время жизни протона (если он вообще распадается) ненамного превышает 10 32лет, иначе массовое рождение нейтрино может замаскировать распад протонов.

Хотя большинство физиков надеется на то, что регистрация распада протона позволит проверить справедливость теорий великого объединения, это не единственная возможность проверки. Некоторые из этих теорий предсказывают также существование новой частицы, называемой магнитным монополем. Я уже вкратце упоминал об этой частице. Электрическое поле создаётся зарядами, а также изменяющимся магнитным полем; электрон, например, окружён электрическим полем. Магнитное же поле создаётся не зарядами, а магнитами, каждый из которых имеет два полюса – северный и южный. Похоже, что изолированных магнитных зарядов (полюсов) нет.