Мировые загадки сегодня - [22]

Как же так, с одной стороны, многие серьезные данные подтверждают наличие в природе кварков, а с другой стороны — их никак не могут найти? Видимо, кварки, в отличие от частиц типа барионов, мезонов или лептонов, не могут находиться в свободном состоянии.

И все же на сегодняшний день, по мнению некоторых ученых, «уверенно доказано» существование кварков уже четырех типов, или, как выражаются физики-теоретики, четырех ароматов.

Причем каждый кварк не только располагает своим ароматом, но и своим антикварком. Но и это не все, ибо все кварки могут иметь три разновидности по некоторому квантовому числу, условно названному цветом (красным, желтым или синим).

Так, три кварка, образующие барион, обязательно имеют три разных цвета, в результате чего барион является «бесцветным». Общее количество кварков и антикварков уже достигло 36, и многое говорит о том, что число частиц в кварковой модели вещества будет возрастать.

В последние полтора десятка лет выяснилось (сперва теоретически, затем в экспериментах на все более мощных ускорителях), что в микромире существует свой внутренний четкий порядок. Он, в частности, выражен в строгой симметрии, частичное познание которой фактически привело к современной кварковой модели строения элементарных частиц. В современной науке пока нет какой-либо другой убедительной концепции, противостоящей гипотезе об образовании вещества из кварков.

Предполагается участие кварков в солнечных процессах. Вспомним, что является источником энергии Солнца? Если на этот вопрос ответить кратко, то термоядерные реакции в недрах Солнца, в ходе которых происходит синтез гелия из водорода с выделением энергии.

Подробное изучение этого вопроса позволяет выделить несколько типов солнечных термоядерных реакций. Основная часть энергии — порядка 98 процентов — получается от водородного цикла, а 2 процента дает углеродно-азотный цикл.

Р. Дэвис-младший, сотрудник Брукхейвенской национальной лаборатории (США), работая в специальном помещении, расположенном в глубокой золотоносной шахте, производил длительные измерения потока солнечных нейтрино, которые, кстати, испускаются на промежуточных стадиях солнечных термоядерных реакций и легко проходят через верхние слои Солнца.

Полученные Р. Дэвисом результаты озадачили физиков-теоретиков: поток солнечных нейтрино оказался в 4 раза меньшим, чем предсказывалось. В чем дело?

В 1983 году ученые из университета штата Огайо предложили новую схему реакции синтеза гелия, которая позволяла разрешить возникшую проблему. Они предположили, что в центральной части Солнца существуют экзотические атомные ядра с дробным электрическим зарядом.

Согласно созданной в последние десятилетия вполне утвердившейся теории квантовой хромодинамики отвергается возможность существования кварков в свободном виде: они могут находиться только в связанном состоянии.

Итак, сильно взаимодействующие частицы состоят из наиболее элементарных — кварков. Они, в свою очередь, объединяются в тройки (протон, нейтрон и другие барионы) или в пары (мезоны). Здесь силы между кварками действуют так, что другие комбинации не возникают. Не существует и одиночных кварков.

Американские физики из Огайо считают, что на Солнце ядра с дробным зарядом служат катализатором в ранее неизвестном цикле нуклеосинтеза гелия. Таким образом, получаемая «недохватка» нейтрино от теоретически предполагаемого уровня, возможно, происходит оттого, что солнечные температуры в зонах излучения нейтрино также несколько меньше предполагаемых. Наблюдения показали, что и температура и потоки нейтрино меньше в 4 раза. Поскольку снижение температур не ведет к уменьшению потока солнечной радиации (а снижение должно бы было достигать 22 процентов), то вполне вероятно существование реакции нуклеосинтеза гелия. При этом ядра с дробными зарядами как раз и являются катализаторами для захвата свободных протонов. При этом необходимым исходным материалом для цикла синтеза служат «кварковые» ядра гелия, то есть ядра, состоящие из двух протонов, двух нейтронов и кварка. Заряд такого ядра равен 2²/₃. В результате хода синтеза образуются обычное ядро гелия и «кварковое» ядро гелия, затем цикл повторяется.

Как много захватывающе интересного, поистине таинственного, порою даже антилогичного открывается перед человеческим разумом по мере проникновения его в самые глубинные, самые тонкие процессы существования материи!

Установлено, что в элементарных частицах, состоящих из кварков, последние, в свою очередь, связаны определенными обменными процессами. И вот новое чудо! Силы, действующие между кварками, удивительны — они не ослабевают с расстоянием. Кстати, именно поэтому нельзя наблюдать изолированные кварки.

Есть и другие сообщения, уже нашлись сторонники признания в кварках… первоначальной, богом созданной «первоматерии».

Кое-кто схватился за «кошмарные» частицы, по привычке считая: где есть еще тайна, где имеются неясности, их нужно объяснять сверхъестественной силой. Возможно, современные данные о кварках претерпят существенные изменения. Ну что же, человек все равно со временем разберется во всех закономерностях микромира и сведет их в таблицу, не уступающую гениальной менделеевской. Возможно, будут найдены пути воздействия на кварки. Тогда подтвердится многое из того, о чем мы сейчас говорили. Конечно, это не будет означать, что кварки — «конечные», неделимые элементы материи. Просто, как мы видели, это частицы, обладающие определенными свойствами. Возможно, именно они в какой-то части Вселенной обеспечивают стабильность набора элементарных частиц, позволяющего материи проявляться в виде вещества и поля. Только в этом смысле кварки можно называть «кирпичиками» мироздания, обеспечивающими единство мира.