Космические перекрестки

Звездный мир, который наблюдали астрономы прошлого сквозь узенькое окошко видимого света, представлялся раз и навсегда установленным и застывшим. Жизнь космоса чрезвычайно редко нарушалась только вспышками сверхновых.

Теперь радиоволны, рентгеновское излучение, инфракрасные лучи, гамма-кванты показали нам совершенно иную вселенную. Статические картины ожили. Астрофизики непрерывно видят увлекательный фильм о бурной жизни метагалактики.

События разворачиваются стремительно даже в нашем, земном понимании масштабов времени. Если вспышка сверхновой длится около ста дней, то период излучения самого быстрого пульсара всего лишь 0,033 секунды! Звезды раскаляются, остывают, уплотняются, выбрасывая в космическое пространство россыпи элементарных частиц. Рождаются звездные ассоциации, рассеивают гигантскую энергию квазары и взрывные звезды.

"Говорят, что и все мирозданье - еще не оконченный, длящийся взрыв", - пишет поэт Л. Мартынов в стихотворении "Гармония сфер".

Изучая глубины материи, физики обнаружили мир элементарных частиц, на сверхплотную и раскаленную смесь которых, как утверждает "горячая" модель, была так похожа юная вселенная. А нельзя ли теперь с помощью этой модели разрешить некоторые проблемы физики элементарных частиц?

Придумали теоретики кварки, а экспериментаторы найти их не могут. Для симметрии уравнений Максвелла и квантовой электродинамики так не хватает монополей Дирака, но до сих пор никто их не видел. Охотники за кварками и те, кто отправился в погоню за магнитными монополями, вернулись с пустыми руками. Ни в космических лучах, ни на дне океанов, ни в горных породах их не оказалось. Почему?

Конечно, можно ответить: потому что ни кварков, ни монополей не существует. Ну а если все-таки существуют? Можно ли хоть приблизительно сказать, сколько их в природе? Например, кварков?

Советские физики-теоретики Я. Зельдович, Я. Окунь и С. Пикельнер попытались проследить судьбу свободных, реликтовых кварков как реально существующих частиц, исходя из "горячей" модели вселенной.

Вначале, когда температура излучения была очень велика, рождались пары любых частиц, в том числе и кварков. Но огромная плотность вещества "сжимала" их время жизни до ничтожных мгновений. Едва родившись, они тут же аннигилировали друг с другом - исчезали, превращаясь в излучение.

Как одни из самых тяжелых частиц, кварки, по-видимому, первыми ощутили изменение климата вселенной. Температура вселенной понизилась, и возникли условия, подобные условиям на современных ускорителях, когда для рождения кварков уже не хватало энергии. Вселенная расширялась, плотность ее вещества, уменьшалась. Кваркам и антикваркам все труднее было находить друг друга, и процессы аннигиляции прекратились.

Кварки, спасшиеся от "выгорания", могли "дожить" до наших дней. Однако число их зависело от истории развития ближайшей к нам области вселенной. Если это были очень горячие области, то процессы аннигиляции могли уничтожить значительное количество кварков. Это обстоятельство делает ответ несколько неопределенным. Но вывод о том, что в природе может существовать только 10^-10-10^-13кварка на каждый нуклон, дал возможность облегченно вздохнуть "охотникам" за этими экзотическими частицами.

А что может сказать теория эволюции вселенной о существовании в природе монополей Дирака?

Ученые в рамках "горячей" модели вселенной оценили возможную концентрацию "реликтовых" магнитных зарядов. Как и в случае с кварками, в какой-то момент эволюции вселенной аннигиляции монополей и антимонополей прекратились из-за недостаточной плотности этих частиц. Какой же части этих частиц суждено было дожить и до наших дней? Ответ неутешительный: 10^-13частицы на квадратный сантиметр в секунду. Нелегко обнаружить частицы, присутствующие в природе в таком ничтожном количестве. Этим выводом космология внесла некоторое успокоение в души физиков- экспериментаторов, оправдав полученный ими отрицательный результат.

Последние достижения космологии совсем в ином свете представляют нам жизнь вселенной. Пресловутая космическая "пустота" уступает место ощущению тесноты. Четыреста реликтовых тепловых квантов приходится на объем в один кубический сантиметр!

На неведомых нам космических перекрестках потоки элементарных частиц, выброшенных звездами, наверняка встречаются с "вечными странниками" - реликтовыми тепловыми квантами и нейтрино, заполняющими космические просторы. Уж не из-за "трения" ли между космическими частицами и реликтовыми квантами максимальная энергия космических лучей, достигающих атмосферы Земли, не превышает 10¹⁹ - 10²⁰ электрон-вольт?

"Проблемы большой вселенной теснейшим образом переплетаются с задачами теории элементарных частиц,- говорил академик В. Амбарцумян.- Как ведут себя частицы сверхвысоких энергий, проходя через разреженное межзвездное вещество и космические магнитные поля? Имеются ли античастицы в космических лучах и каково их количество? Какой род элементарных частиц является основным носителем той огромной энергии, которая сосредоточена в радиогалактиках и постепенно излучается в виде радиоволн? Естественно, что многие астрофизики связывают возможность теоретического решения проблемы происхождения звезд и галактик с будущими успехами физики элементарных частиц".