Нейтронные звезды. Как понять зомби из космоса

В 1970 году Гордон Бейм работал в Копенгагенском университете. Только год назад они с коллегами написали первую статью по астрофизике, в которой утверждалось, что глитч, наблюдаемый в периоде вращения пульсара Вела, свидетельствует о существовании сверхтекучей жидкости внутри нейтронных звезд. И вот теперь он копался в почтовом ящике, помеченном буквой В, проверяя, нет ли для него писем, как вдруг наткнулся на открытку, адресованную Хансу Бете. Всего три года назад, в 1967-м, Бете получил Нобелевскую премию за открытие источников энергии звезд. “Я перевернул открытку и прочитал то, что на ней написано”, – рассказал Бейм. Она была из журнала Astronomy and Astrophysics; редакция благодарила Бете за присланную статью о нейтронных звездах. Прочитав открытку, Бейм узнал две вещи: “Первая – что Бете занимается нейтронными звездами. А вторая – что он приезжает в Копенгаген”. Воодушевленный новостью о том, что вскоре ему удастся встретиться с нобелевским лауреатом, Бейм со своим другом и коллегой Крисом Петиком умудрился раздобыть копию статьи Бете, надеясь разобраться в ней как следует к приезду автора и порадовать его совместным обсуждением. При чтении они обнаружили в статье ошибки, попытались улучшить модель, но в конце концов пришли к выводу, что теория Бете неправильна.

Когда нобелевский лауреат прибыл, друзья подошли к нему и сообщили, что выводы в его статье, похоже, неверны. Бейм вспоминал: “И тогда он сказал со своим чудесным немецким акцентом: «Мы должны решить эту проблему». И мы приступили, сидя у ног великого гуру в области ядерной физики и внимая ему. И этот опыт реально изменил нашу научную судьбу”. С того момента для Бейма нейтронные звезды и ядерная физика стали неразделимы, и он решил разобраться в том, что в действительности происходит в этих маленьких, плотных, быстро вращающихся в далеком космосе объектах. Он сосредоточился на их внутреннем ядре.

Поскольку во многих уравнениях состояния предполагалось существование свободных кварков в различных комбинациях, Бейм задался вопросом, возможно ли разбить нейтроны и высвободить кварки, а после этого изучить полученный “суп”, который может быть максимально приближенным к веществу внутреннего ядра. Похожие условия существовали во Вселенной всего через несколько миллионных долей секунды после Большого взрыва, когда еще не сформировались протоны и нейтроны. Тогда эта ранняя Вселенная представляла собой кварк-глюонную плазму – этакий “суп” из странных частиц.

У Бейма и других теоретиков – включая Джеймса Бьёркена и Ларри Маклеррана – имелись идеи насчет того, как на Земле получить свободные кварки. Они считали, что лучший способ – столкнуть лоб в лоб тяжелые ионы, такие как ядра свинца или золота, разогнав их предварительно в ускорителях частиц до высоких скоростей. При этом очень чувствительные детекторы смогли бы точно засечь момент, когда возникают свободные кварки, образующие плазму. Даже если бы кварки, перед тем как опять слипнуться в нуклоны, просуществовали в свободном состоянии долю секунды, мы могли бы получить представление о природе возможной материи внутри ядра нейтронной звезды.

Для этого Бейму и его коллегам понадобился ускоритель. К счастью, им помог в этом один неудачный и почти забытый проект.

Это было в 1982 году, и Бейм только что получил назначение в Консультационный комитет по ядерной физике – исполнительный орган, составляющий отчеты для министерства энергетики и Национального научного фонда Соединенных Штатов. Комитет обсуждал, какую установку в области ядерной физики следует профинансировать в первую очередь, а Бейм в это время возглавлял подкомитет по будущим исследованиям плотной материи. И в июле 1983 года “случилось чудо”, по крайней мере, с точки зрения Бейма.

С тех пор как ускоритель ISABELLE начал строиться, прошло уже больше десяти лет, и тут ученые из Брукхейвенской национальной лаборатории в Нью-Йорке поняли, что магниты для этого строящегося ускорителя протонов высоких энергий не способны производить нужное магнитное поле. (Название ISABELLE – аббревиатура Intersecting Storage Accelerator и belle, то есть “ускоритель на встречных пучках” плюс французское слово “красавица”. Кроме того, как рассказал мне Бейм, Isabelle — это название яхты, принадлежащей Джону Блюэтту, специалисту в области ускорителей из Брукхейвенской лаборатории.)

И тогда вместо завершения проекта ISABELLE ученые решили пролоббировать строительство более мощного ускорителя – Сверхпроводящего суперколлайдера (и этот проект закрыт в 1993 году). Поскольку в ЦЕРН в то время уже был запущен альтернативный проект Большого адронного коллайдера (LHC) на франко-швейцарской границе, ученые законсервировали проект ISABELLE, хотя на него уже потратили двести миллионов долларов¹⁴.