Лоуренс Краусс - Таємниці походження всесвіту

Вони скромно назвали цю теорію теорією Великого об’єднання (ТВО).

Приблизно в той же час Вайнберґ і Джорджі разом із Гелен Квінн помітили дещо цікаве, що випливало з праці Вільчека, Ґросса та Поліцера. Тоді як сильна взаємодія в міру її вимірювання на все менших лінійних масштабах слабшала, електромагнітна та слабка взаємодії сильнішали.

Не треба було бути науковцем-ракетником, щоб замислитися, чи не стають сили цих трьох різних взаємодій ідентичними на якомусь малому лінійному масштабі. Виконавши обрахунки, вони виявили (з точністю тодішніх вимірювань сили взаємодій), що таке об’єднання можливе, проте лише в тому випадку, коли розмірність об’єднання приблизно на п’ятнадцять порядків менша за розмір протона.

У разі, якщо об’єднана теорія була теорією, яку запропонували Джорджі та Ґлешоу, то були гарні новини, оскільки, якщо об’єднати всі спостережувані в природі частинки в цій новій групі великого калібрування, мають існувати нові калібрувальні бозони, які породжують переходи між кварками (з яких складаються протони й нейтрони) та електронами й нейтрино. Це означало б, що протони можуть розпадатися на інші, легші частинки. Як висловився з цього приводу Ґлешоу, «діаманти не вічні».

Навіть тоді вже було відомо, що протони мають неймовірно тривалий час життя. І не лише тому, що ми продовжуємо існувати, хоча від Великого вибуху минуло майже 14 мільярдів років, а ще й тому, що ми всі не помираємо від раку ще дітьми. Якби середній час існування протонів був менший за мільярд мільярдів років, за час нашого дитинства в наших тілах розпалася б кількість протонів, якої вистачило б для породження достатньої кількості радіації, щоб нас убити. Згадаймо, що у квантовій механіці всі процеси мають імовірнісний характер. Якщо середній протон живе мільярд мільярдів років, то, якщо хтось складається з мільярда мільярдів протонів, у середньому щорічно розпадатиметься один із них. А наші тіла містять значно більше, ніж мільярд мільярдів протонів.

Проте з огляду на неймовірно малу запропоновану лінійну розмірність, а отже, неймовірно велику розмірність маси, пов’язану зі спонтанним порушенням симетрії у ТВО, нові калібрувальні бозони повинні б мати великі маси. Це зробило б переносимі ними взаємодії настільки близькодійними, що на нинішніх масштабах протонів і нейтронів вони були б неймовірно малими. Як наслідок, тоді як протони здатні розпадатися, згідно з цим сценарієм вони можуть існувати до розпаду десь близько мільйона мільярдів мільярдів мільярдів років. Жодних проблем.

У зв’язку з результатами Ґлешоу та Джорджі, а також Джорджі, Квінн та Вайнберґа в повітрі запахло великим синтезом. Після успіху електрослабкої теорії фізики елементарних частинок почувалися амбітними та готовими до подальших об’єднань.

Проте хто сказав, що ці ідеї слушні? Побудувати прискорювач для дослідження енергетичного масштабу у мільйон мільярдів разів більшого за енергію маси спокою протона, просто неможливо. Кільце такої машини повинно мати довжину орбіти Місяця. І навіть якби це було можливо, то з огляду на попередню катастрофу із SSC жоден уряд нізащо не виписав би такий чек.

На щастя, був інший спосіб із використанням ймовірнісних аргументів на кшталт тих, які я навів вище, описуючи час життя протонів. Якщо ця нова теорія Великого об’єднання передбачить, що час життя протона становить, скажімо, тисячу мільярдів мільярдів мільярдів років, то, якщо знайти спосіб помістити в один детектор тисячу мільярдів мільярдів мільярдів протонів, у середньому щороку розпадатиметься один із них.

Де взяти стільки протонів? Дуже просто: у приблизно трьох тисячах тонн води.

Отже, було потрібно лише взяти бак із, скажімо, трьома тисячами тонн води, помістити його в темряву, пересвідчитися у відсутності радіоактивного фону, розставити навколо чутливі фотоелементи, здатні зафіксувати спалахи світла в детекторах, а тоді почекати рік, виглядаючи спалах світла, що супроводжуватиме розпад протона. Яким би складним не здавалося це завдання, принаймні два великі експерименти збудували й ввели в експлуатацію саме з такою метою, один – глибоко під землею в соляній шахті поблизу озера Ері, а другий – у шахті поблизу Каміоки (Японія). Шахти були необхідні для екранування від зовнішніх космічних променів, які створили б радіаційний фон, що заглушив би всі сигнали розпаду протона.

Обидва експерименти почали збирати дані десь у 1982–1983 роках. Велике об’єднання здавалося настільки привабливим, що фізична спільнота була певна: незабаром буде отримано сигнал і ВО ознаменує собою кульмінацію десятиріччя приголомшливих змін та відкриттів у галузі фізики елементарних частинок (не рахуючи Нобелівської премії Ґлешоу і, можливо, ще декому).