Владилен Барашенков - Кварки, протоны, Вселенная

Сегодняшняя наука, особенно физика и космология, развивается так стремительно, что к сведениям, которые излагаются в учебниках, если не хочешь отстать, следует непременно добавлять данные из популярной или специальной научной и философской периодики.

Вернемся к Большому взрыву, вернее, к остывающему после него веществу. Расчеты показывают, что в сов-ременном мире на каждые несколько десятков миллиардов протонов должен приходиться один «изначальный» реликтовый кварк, родившийся еще тогда, когда протовещество было горячим. Столько же должно быть и антикварков. А все это означает, что в одном кубическом сантиметре вещества Вселенной должно содержаться около триллиона реликтовых кварков!

Но это — в среднем. На самом деле кварки могут распределяться весьма неравномерно, и в некоторых веществах их концентрация может быть еще выше. Ведь и по отношению к электронам различные вещества ведут себя по-разному: в одних материалах электрические заряды накапливаются быстро — вспомним например, как легко электризуется одежда из синтетики; другие материалы, наоборот, оказываются хорошими проводниками и сразу же теряют электрические заряды.

Блуждая в веществе, например в воде океанов, кварки с отрицательным электрическим зарядом будут «прилипать» к положительно заряженным ядрам атомов Образуются «кварковые атомы», и их физико-химические свойства будут немного отличаться от свойств обычных атомов с чисто электронными оболочками. Поэтому с помощью современных химических методов можно сначала повысить их концентрацию в исследуемых образцах, а затем попытаться выделить их в чистом виде. Нечего и говорить, что этот способ был испробован, причем он был так тщательно отработан, что если бы в 10 кубометрах воды (по объему это приличная цистерна) содержался всего один кварк, он был бы обнаружен. Увы! Кварков не обнаружилось. Ни в океанской воде, ни в земной коре, ни даже в лунном веществе.

Это можно было бы понять, если допустить, что кварки — не просто тяжелые, а очень тяжелые частицы Концентрация частиц, образующихся внутри горячей Вселенной, зависит от их массы. Чем тяжелее частицы, тем труднее происходит их выделение из протовещества. В своих расчетах теоретики исходили из предположения, что кварк в 5—10 раз тяжелее протона. Чтобы объяснить отрицательный результат экспериментов приходится допустить, что масса кварков в миллиарды миллиардов раз больше массы протона. Но мы уже знаем, что это уже масса пылинок, танцующих в солнечном луче. Кажется просто невероятным, чтобы часть протона была в миллиарды миллиардов раз больше его самого!

Но почему все-таки это невероятно? В последние годы открыто немало такого, что несколько десятков лет назад показалось бы абсолютно невозможным. Ведь даже в существование дробного заряда ни один физик четверть века назад не поверил бы!

Физики вообще народ весьма недоверчивый, и лишь эксперимент или какие-то глубокие теоретические аргументы могут заставить их отказаться от утвердившихся идей. Но, с другой стороны, опыт убедил физиков в необходимости анализировать любую, даже самую «сумасшедшую» возможность, если она не противоречит известным законам. Поэтому гипотезу сверхтяжелых кварков нельзя отбросить «с порога», хотя многим физикам (в том числе и пишущему эти строки) она представляется малоубедительной.

Можно было бы попытаться обнаружить «растворенные» в веществе кварки с помощью метода, которым американский физик Милликен в начале нашего века измерил заряд электрона. Милликен изучал падение заряженных капелек в электрическом поле конденсатора. Капельки были такие маленькие и легкие, что изменение их суммарного заряда всего лишь на один заряд электрона заметно влияло на скорость их падения.

Между прочим, однажды он наблюдал капельку, заряд которой был на треть меньше заряда электрона. Этот результат показался ему настолько странным, что он просто его отбросил, решив, что в опыт вкралась какая-то погрешность. Лишь несколько лет спустя в одной из своих статей Милликен вскользь упомянул об этом факте. Возможно, так оно и было — произошел один из тех непонятных «сбоев», которые иногда случаются и портят столько крови экспериментаторам. Слишком уж мала ожидаемая концентрация сверхтяжелых кварков, чтобы можно было обнаружить такую частицу внутри мельчайшей капельки.

Но все это было давно — современные экспериментальные возможности несравненно богаче! И вот в США, в Стенфордском университете, решили поставить опыт, напоминающий опыт Милликена. Чтобы манипулировать большими крупинками вещества, использовалось магнитное поле, которое компенсировало силу земного притяжения. Крупинка висела в воздухе, между пластинами конденсатора (подобно легендарному гробу Магомета). Сдвинься она на долю микрона, это отразилось бы на величине ее электрического заряда: недаром точность опыта в десятки тысяч раз превосходила ту, которой достигал в свое время Милликен.