Современная научная картина мира - [3]

, или собственным угловым моментом количества движения, выраженным в постоянной Планка (в кванте действия ħ = h/(2π) = 6,6260688(37) × 10^–34Js/(2π) [618], или ħ = h/(2π) = 6,6260755(40) × 10^–34Js/2π [650]).

Современная наблюдаемая Вселенная сложена всего из двенадцати кирпичиков вещества – элементарных частиц со спином 1/2, называемых фермионами. В их число входят шесть относительно массивных кварков (с массой до 178,0 ± 4,3 ГэВ (гигаэлектронвольт) у истинного кварка [125, с. 638]) и 6 относительно легких лептонов, состоящих из тройки электроноподобных частиц (электрон, мюон и тау-частица) и тройки нейтрино (электронное, мюонное и тау-нейтрино с массами от 0,07–11 эВ (электрон-вольт) у электронного нейтрино (рис. 1) [597; 158; 276; 528; 530; 606; 740]).

В первые мгновения после Большого Взрыва, породившего наш мир, когда Вселенная была неимоверно горячей (10³³К), элементарные частицы двигались настолько энергично, что сближались друг с другом на минимальные дистанции. От расстояний взаимодействия зависят массы участвующих в нем частиц: чем короче дистанции, тем предельные массы взаимодействующих частиц больше. Поэтому в те времена наши обычные фермионы имели массивных двойников-суперпартнеров со спином 0, т. е. бозонов (см. ниже). Нынешним кваркам отвечали суперкварки, или скварки; нынешним электронам, мюонам и тау-частицам соответствовали сэлектроны, смюоны и стау-частицы, а теперешним нейтрино – три снейтрино. Когда Вселенная расширилась достаточно, чтобы заметно остыть, характерные дистанции взаимодействий между частицами возросли, а массивные суперчастицы перестали проявляться и в известном смысле вымерли. В принципе их можно получить на сверхмощных ускорителях (суперколлайдерах), однако необходимые для этого энергии пока недостижимы.

Рис. 1. Фундаментальные элементарные частицы (суперструны – первоосновы физического микромира). На схеме опущены античастицы, которые отличаются от обычных частиц ориентацией спина (у нейтрино) или знаком электрического заряда (так, античастицей отрицательно заряженного электрона является положительно заряженный позитрон, а W^–-бозон является античастицей для W⁺-бозона). Под каждой частицей в скобках дана ее масса в млрд электрон-вольт (ГэВ).

Физические взаимодействия между фермионами осуществляются бозонами– частицами с целочисленными спинами (0, 1, 2). Массу покоя от частицы к частице передают бозоны Хиггса (спин 0, масса 96–117 ГэВ, или ок. 115 ГэВ [125, с. 639; 640]). Четыре основные силы природы – сильное взаимодействие, электромагнетизм, слабое взаимодействие и гравитация – переносятся, соответственно, глюонами (спин 1, масса 0), фотонами (спин 1, масса 0), Z- и W-бозонами (спин 1, масса 93 и 81 ГэВ) и гравитонами (спин 2, масса 0).

Глюоны склеивают пары кварков в мезоны, а тройки кварков – в нуклоны: протоны (время жизни св. 10³¹ лет [34, с. 61]) и нейтроны (полураспад 10 мин 16 с [374]), а также нуклоны – в ядра атомов. Фотоны обслуживают все электромагнитные взаимодействия, Z– и W-бозоны – превращения кварков и прочих частиц, а гравитоны – взаимопритяжение частиц и особенно крупных их скоплений, физических тел, так как поодиночке гравитоны предельно слабы и становятся заметны лишь при массовых испусканиях от больших серий фермионов, собранных в массивные физические тела, а именно – в астрономические объекты. При повышенных энергиях проявления слабого и электромагнитного взаимодействий сливаются в электрослабой силе. В эпоху ранней, горячей Вселенной перечисленные бозоны имели суперпартнеров-фермионов со спином 1/2: бозонам Хиггса отвечали хиггсино, фотонам – фотино, глюонам – глюино, а Z– и W-бозонам – зино и вино.

Древним партнером гравитона являлся гравитино со спином 3/2. Суперпартнер последнего, гравифотон со спином 1, стягивает антивещество и расталкивает обычное вещество, т. е. может послужить окном в антигравитацию; ср. [327]. Его суперпартнер, голдстино со спином 1/2, в свою очередь, располагает суперпартнером гравискаляром со спином 0 (т. е. имеется пара фермионов на три бозона).

Агент миллислабого и сверхслабого взаимодействия (5-й силы) аксион (с массой менее 0,001 эВ) обусловливает нарушение симметрии зарядового сопряжения и четности (это – неравноправие вещества и антивещества при некоторых слабых взаимодействиях: например, преобладание рождений позитронов при распадах нейтральных К-мезонов на веществе и антивеществе, хотя в одном из случаев ожидалось бы преобладание электронов, чего не наблюдается). Поэтому существование аксионов объясняет подавляющее преобладание во Вселенной вещества над антивеществом [1; 4; 432; 529; 586; 705; 760].

В реакциях микрочастиц (например, при распаде того же К-мезона) набор исходных и конечных свойств участников событий в сумме должен быть идентичным. Если мы наблюдаем своего рода «перекос» в пользу вещества или антивещества, значит некая легкая и малозаметная частица «унесла» с собой качества (энергии и заряды), недостающие реакции для того, чтобы отвечать ожиданиям, соблюдать законы сохранения и выдерживать равноправие вещества и антивещества. Аналогичные «недостачи» энергии в ядерных реакциях привели в 1930–1933 гг. к открытию легкой частицы нейтрино, ответственной за «унос» энергии. В нашем случае с аномалией вещества и антивещества подозрение в искажении ожидаемого хода событий падает на гипотетический аксион. Будущие эксперименты позволят уточнить предположения физиков на этот счет.