Открытие Вселенной - прошлое, настоящее, будущее - [176]
Астрофизические и космологические последствия установления этой картины трудно переоценить. Одна только возможность открытия — пусть крайне гипотетичная — каких-то неадронных форм относительно стабильной организации кварк-глюонного вещества способна воодушевить на самые смелые экспериментальные проекты.
Но в программах работ стоят и стратегические задачи дальнего прицела. В настоящее время многие физики верят в вариант так называемого Великого Объединения — теорию, которая описала бы кварки, лептоны и промежуточные бозонные поля единой схемой некоторого электроядерного взаимодействия. Было бы приятно выяснить, что на расстояниях ~ 10–29 см лептоны и кварки ведут себя как одно семейство. Неплохие модели такого объединения уже заготовлены, но масштаб его соответствует фантастически высоким энергиям 10>14–10>15 ГэВ (~10>-5 ÷ 10>-4 Е>Р!). Именно такого порядка массы предсказывают модели великого объединения для промежуточных Х-бозонов, за счет которых кварки могут трансформироваться в лептоны и наоборот.
Реально процесс кварк-лептонных переходов ведет к предсказанию таких интереснейших явлений, как нестабильность протона. Например, протон может самопроизвольно распадаться на π>0-мезон и позитрон (р " π>0 + е>+). Происходит это потому, что d-кварк и один из u-кварков протона, обмениваясь Х-бозоном с зарядом + 4/3, преобразуются в анти-u-кварк и позитрон. Оставшийся u-кварк и получившийся и объединяются в π>0-мезон, а позитрон свободно покидает область взаимодействия.
Вся совокупность наблюдений указывает на высокую стабильность протона — его среднее время жизни не меньше 10>32 лет, иначе окружающий мир выглядел бы совсем по-иному. Поэтому вероятность процессов распада должна быть крайне мала, и, по сути, из-за этого и приходится выбирать столь огромную массу Х-бозона. Строительство ускорителя для прямой генерации таких суперчастиц — дело далекого будущего, но распад протона ищут уже сейчас. Если его среднее время жизни действительно не превышает 10>31 или 10>32 лет, то в объеме вещества, заключающем, скажем, 10>33 протонов (порядка 1000 тонн), должно происходить в среднем 100 или 10 распадов в год, соответственно. Хотелось бы верить, что к моменту выхода этой книги распад протона станет экспериментально установленным фактом, и мы получим сильнейшее указание на то, что при энергиях частиц ~ 10>15 ГэВ (на расстояниях ~ 10>–29 см) электрослабые и цветные межкварковые взаимодействия сливаются в единую электроядерную силу.
Гипотетический распад протона (р " π>0 + е>+)
Однако стремление к энергии ~10>15 ГэВ представляется в основном проблемой, завещаемой 21 веку. Не все так просто и с очень привлекательным, но так и не зарегистрированным распадом протона — похоже, что в теоретических схемах вступают в игру параметры, подозрительно близкие к планковской области[212]. Тем более велик шанс натолкнуться на необычные — хотя и нельзя сказать, чтоб столь уж неожиданные, — явления, связанные с лептонами и кварками.
Попытка сохранить внутрипротонные сечения взаимодействия кварков на уровне σ > σ>P резко ограничивает массы Х-бозонов в схеме типа великого объединения: M>X À 3.10>8 m>p. Но если такие Х-бозоны по-прежнему давали бы переходы кварк-лептон, протон жил бы в среднем не более миллиона лет, и во Вселенной не было бы даже водорода. Таким образом, слишком далекие экстраполяции таят в себе немало неожиданностей!
Не представляют ли 6 лептонов низшие уровни какого-то богатого лептонного спектра, а кварки — соответственно кваркового? Иными словами, не возникнет ли со временем чего-то в духе «субадронной спектроскопии», где лептоны и кварки (и, возможно, ныне известные бозоны) окажутся сверхплотными связанными состояниями неких субкварков? Эти вопросы весьма важны, тем более что пока нет удовлетворительных идей по поводу происхождения лептонных и кварковых масс. Варианты со следующим структурным уровнем вещества активно изучаются теоретиками.
Кажущаяся простота в обращении с точечными лептонами и кварками не должна обманывать. Полагая, что эффективный размер электрона меньше 10–15 см, мы фактически утверждаем, что плотность его заметно превышает ядерную: ½ > 10>18 г/см>3, а для мюона она больше в 200 раз. Если точечность электрона нарушится на расстояниях порядка 10>–27 см, мы получим объект той же плотности, которая встречалась при обсуждении космического микронаселения (½ ~ 10>52 г/см>3). Это может произойти или нет, но в любом случае рассмотрения частиц вблизи планковской области вряд ли обойдется без появления эффективной структуры.
Иными словами, надо быть готовым к такой ситуации, когда типичное для современной квантовой теории поля представление о мгновенном рождении готового лептона, кварка или обменного бозона окажется недостаточным и придется рассматривать процесс синтеза этих частиц из чего-то более фундаментального. Я не хочу сказать, что лептоны и кварки непременно ждет судьба адронов — новый уровень структур наверняка преподнесет нечто новое. Но космология, так или иначе, потребует ответа на вопрос об эпохах кваркового и лептонного синтеза.
Успех электрослабой теории и удачные модели Великого Объединения поставили на повестку дня следующий этап обобщения — программу Суперобъединения, где гравитация вошла бы в игру на равной основе с остальными взаимодействиями. Масштабы суперобъединения должны определяться планковскими параметрами. Надо представлять, что выход в область, где само пространство-время наряду с любыми элементарными частицами нуждается в выяснении механизма синтеза и не может быть введено как извечная арена событий, потребует очень больших усилий и, скорее всего, многих принципиальных преобразований нашего мировоззрения.
