Почему мы существуем? Величайшая из когда-либо рассказанных историй

Тогда уже было известно, что протоны характеризуются невероятно долгим временем жизни. Не только потому, что мы всё еще существуем спустя почти 14 миллиардов лет после Большого взрыва, но и потому, что все мы не умираем от рака еще в детстве. Если бы протоны распадались со средним временем жизни меньшим, чем, скажем, миллиард миллиардов лет, то за период детства в нашем теле распадалось бы достаточно протонов, чтобы нас убило излучение от их распадов. Не забывайте, что в квантовой механике все процессы носят вероятностный характер. Если средний протон живет миллиард миллиардов лет, то там, где имеется миллиард миллиардов протонов, будет распадаться в среднем по одному протону в год. А в наших телах протонов гораздо больше, чем миллиард миллиардов.

Однако при тех невероятно малых расстояниях и, следовательно, невероятно больших энергиях, которые предположительно соответствуют спонтанному нарушению симметрии в Великом объединении, новые калибровочные бозоны должны обладать большой массой. Это сделало бы переносимые ими взаимодействия настолько близкодействующими, что на масштабах протонов и нейтронов они были бы уже невероятно слабыми. В результате протоны в этом сценарии, хотя и могут в принципе распадаться, живут, возможно, миллион миллиардов миллиардов миллиардов лет. Никаких проблем.

* * *

С учетом результатов Глэшоу и Джорджи, а также Джорджи, Куинн и Вайнберга аромат Великого объединения буквально носился в воздухе. После успеха теории электрослабого взаимодействия физики были настроены решительно и готовы к дальнейшему объединению теорий.

Однако как можно было бы убедиться в том, что эти красивые идеи верны? Невозможно построить ускоритель для работы с энергиями, в миллион миллиардов раз превышающими энергию массы покоя протона. Такая установка была бы окружностью с лунную орбиту. Даже если бы это было возможно, то, учитывая недавние скандалы вокруг SSC, ни одно правительство не согласилось бы финансировать такой проект.

К счастью, был и другой способ, опиравшийся на вероятностные аргументы вроде того, который я только что привел для оценки нижнего предела времени жизни протона. Допустим, новая теория Великого объединения предскажет время жизни протона, равное, скажем, тысяче миллиардов миллиардов миллиардов лет, тогда можно поместить тысячу миллиардов миллиардов миллиардов протонов в один детектор и в среднем каждый год один из них будет распадаться.

Где можно найти столько протонов? Очень просто: примерно в трех тысячах тонн воды.

Так что требовалось всего лишь взять резервуар, скажем с тремя тысячами тонн воды, поместить его в темноту, обеспечив полное отсутствие радиоактивного фона, окружить чувствительными фотоумножителями, способными регистрировать световые вспышки в детекторе, и подождать год, чтобы увидеть вспышку света при распаде протона. Какой бы пугающей ни казалась эта задача, по крайней мере два крупных эксперимента были одобрены и осуществлены именно для этого: один глубоко под землей возле озера Эри в соляной шахте, другой тоже в шахте вблизи японского города Камиока. Шахты были необходимы, чтобы экранировать воду от приходящих космических лучей; в противном случае эти лучи дали бы фон, на котором потерялись бы любые сигналы от протонных распадов.

Оба эксперимента были запущены около 1982–1983 гг. Великое объединение казалось столь убедительным, что физическое сообщество уверенно ожидало вскоре получить сигнал; Великое объединение достойно увенчало бы собой десятилетие поразительных перемен и открытий в физике элементарных частиц, не говоря уже о Нобелевке для Глэшоу и, возможно, еще для кого-нибудь.

К сожалению, на этот раз природа не была к нам столь добра. Никаких сигналов не было получено ни за первый год, ни за второй, ни за третий. От простейшей элегантной модели, предложенной Глэшоу и Джорджи, скоро пришлось отказаться. Но, однажды заразившись идеей Великого объединения, от нее нелегко избавиться. Выдвигались всё новые предположения, новые теории, в которых распад протона мог подавляться до такой степени, чтобы стать незаметным в проводимых экспериментах.

23 февраля 1987 г., однако, произошло новое событие, подтвердившее максиму, которую я считаю почти универсальной: всякий раз, когда мы открываем новое окно во Вселенную, нас ждет сюрприз. В тот день группа астрономов заметила на фотопластинках, отснятых за ночь, взорвавшуюся сверхновую звезду – самую близкую к нам за почти четыреста лет. Звезда эта находится от нас на расстоянии около 160 000 световых лет в Большом Магеллановом Облаке – карликовой галактике, спутнике Млечного Пути, которую можно увидеть в Южном полушарии.