Очарование физики - Глэшоу Ш.Л.
ISBN 5-93972-151-6
Скачать (прямая ссылка):
В огромном баке очищающей жидкости, помещенном глубоко под землей в шахте Южной Дакоты, Дэвис умудрился останавливать ежемесячно около дюжины солнечных нейтрино. В этом и состоит проблема: ему удается захватить лишь треть того количества нейтрино, которое он должен захватывать согласно предсказанию теории. Внутри Солнца происходит что-то странное, чего мы не понимаем. Вполне возмож- Большое и малое
219
но, что наша Солнечная модель содержит ошибки; быть может, внутри Солнца существует черная дыра. Вторая возможность — это отсутствие еще какой-то составляющей в нашей модели физики частиц, и, кроме того, нейтрино могут изменяться при прохождении такого расстояния. «Проблема солнечных нейтрино» — одна из самых больших загадок, лежащих на границе астрономии и физики частиц. В России, Канаде, Японии и Италии проводятся крупные эксперименты по изучению солнечных нейтрино с целью выяснения, что же все-таки происходит в недрах Солнца.
Однако совсем недавно теория звездной эволюции записала на свой счет грандиозную победу. В феврале 1987 года астрономы и другие зеваки увидели нечто, что на Земле не видели уже четыре века: близкую сверхновую! Какие чудеса она открыла! И самым чудесным из всех чудес, по крайней мере для физиков, стала волна нейтрино, оторвавшихся от умирающей звезды. Как и предсказывали астрофизики, увиденная нами сверхновая — а Сверхновая 1987А была ясно видна невооруженным глазом — была всего лишь крошечной частью действа. Около 99 процентов энергии взрыва было испущено в виде нейтрино, которые оторвались от звезды всего через несколько секунд, когда фотоны еще только силились выйти наружу.
Тот факт, что несколько нейтрино сверхновой были замечены на Земле, — невероятная удача и идеальная иллюстрация того, как сошлись специалисты по физике частиц и астрофизике. В начале восьмидесятых, за несколько лет до того как появилась Сверхновая 1987А, в Японии и в Огайо в эксплуатацию ввели большие подземные детекторы. Чтобы наблюдать за сверхновыми? Конечно, нет. Их целью был поиск доказательств самопроизвольного распада протонов, который свидетельствовал бы о том, что вся земная материя смертна. Специалисты по физике частиц так гордились своим успешным объединением слабого и электромагнитного взаимодействий, что начали говорить о великом объединении всех сил природы за исключением гравитации. Наиболее простая из этих моделей, выдвинутая Говардом Джорджи и мной, предсказывала, что средний протон должен жить около IO30 лет. В таком случае при внимательном наблюдении за тестируемой массой более чем IO30 протонов можно было бы увидеть, как распадаются некоторые из них.
К сожалению, все эксперименты по наблюдению распада протонов пока что терпели крах: мои теории не подтверждались. Однако ученые увидели около двадцати нейтрино от сверхновой, чем доказали, что астрофизика действительно понимает сущность сверхновых.
Более того, наблюдения кое-что дали и в отношении нейтрино. Все нейтрино от сверхновой прибывали на детекторы через десятисекунд-ный промежуток. Это говорит о том, что все они двигались примерно 220
Большое и малое
с одинаковой скоростью, практически равной скорости света. Отсюда следует, что обнаруженные нейтрино, которые относятся к типу электронных нейтрино, почти безмассовы. На самом деле, верхний предел массы электронного нейтрино, вычисленный из наблюдений сверхновой, почти равен тому, который вычислили по результатам лабораторных измерений, длившихся три десятилетия.
Этот результат связан с другой центральной проблемой современного симбиоза астрофизики и физики частиц. Около десяти лет назад, по истечении столетий тренировок своих телескопов на всем: от низких облаков газа и пыли до звезд, галактик и галактических скоплений астрономы сделали страшное и сбивающее с толку (их) открытие: они обнаружили, что большая часть материи Вселенной не является «ничем из вышеописанного». Она не находится ни в форме светящихся звезд, ни групп звезд. Она не является ни пылью, ни газом, которые обнаружили бы себя, поглощая свет далеких звезд. Измеряя скорости вращения галактик, астрономы показали, что они вращаются гораздо быстрее, чем это происходило бы, если бы они состояли только лишь из светящейся материи. Вместо этого восемьдесят или девяносто процентов массы галактик, судя по всему, сосредоточено в огромном сферическом гало, образованном таинственной, темной и невидимой материей.
Что же это такое? Не исключена вероятность того, что эта темная материя состоит из нейтрино. Эта идея имела бы право на существование, если бы был вид нейтрино, имеющий массу порядка одной тысячной массы электрона. Это не может быть электронное нейтрино — сверхновая подтвердила, что оно слишком легкое. Нам известно еще два вида нейтрино, однако большинство космологов утверждает, что они не совсем подходят для такой роли. Исходя из результатов компьютерного моделирования образования галактики было выдвинуто предположение, что нейтрино, имеющие массу, привели бы к созданию Вселенной, сильно отличающейся от той, в которой живем мы. Следовательно, темная материя Вселенной вполне может быть чем-то другим — чем-то, что остается за пределами современного «зоопарка» частиц.
