В последнее время экспериментальные достижения физики высоких энергий, как правило, связаны с наблюдением элементарных частиц, которые могут существовать лишь в специфических условиях, создаваемых мощными ускорителями. В начале 1983 года ученые Европейской организации ядерных исследований (ЦЕРН), проводившие эксперименты на встречных протон-антипротонных пучках высоких энергий, пришли к выводу, что в пяти случаях столкновения протонов и антипротонов привели к рождению промежуточных векторных бозонов W+ и W-.
Несколько позже было объявлено еще о четырех событиях с участием W-бозонов. Таким образом, сейчас насчитывается уже девять случаев наблюдения этих частиц. Не исключено, что обнаружен и третий векторный бозон Z/0: были зарегистрированы электрон и позитрон с энергиями по 50 ГэВ, движущиеся в противоположных направлениях от точки столкновения протонов и антипротонов.
Полагают, что тем самым получены веские основания в пользу рождения Z/0 бозона в этом событии. Экспериментальные данные, полученные при поиске промежуточных векторных бозонов, позволяют предположить, что уже обнаружен и давно разыскиваемый кварк. К такому предварительному результату пришли теоретики ЦЕРН. Однако выводы о существовании 2/0-бозонов, и особенно кварков, нуждаются в более тщательном анализе.
В опытах на встречных электрон-позитронных пучках высоких энергий были открыты мезоны с «обнаженной прелестью». В их состав входит 6-кварк — носитель квантового свойства, называемого «прелестью». В этих мезонах прелестные кварки связаны с кварками других видов, так что «прелесть» мезонов не скомпенсирована — физики говорят, что она «обнажена» . Наблюдение всех этих экзотических частиц важно для подтверждения теоретических предположений.
Во всех других отношениях они являются довольно эфемерными объектами: быть может, физические установки — единственное место во Вселенной, где их можно наблюдать. Есть, однако, явления, которые, по мнению некоторых теоретиков, должны происходить в естественных условиях окружающего нас мира, хотя экспериментально они пока не установлены. Перед учеными стоят три фундаментальные проблемы.
- Существует ли магнитный монополь?
- Имеет ли массу нейтрино?
- Распадается ли протон?
Любая определенность, достигнутая в решении этих проблем, имела бы далеко идущие последствия для предсказания будущего Вселенной. Однако, определенности пока нет. Экспериментаторам удалось только сузить границы, в пределах которых эти явления могут происходить. Магнитный монополь привлекает внимание, поскольку его существование предсказывается теорией великого объединения, в которой унифицируются сильные, слабые и электромагнитные взаимодействия — три из четырех известных фундаментальных сил природы (четвертой является сила гравитации).
Согласно этим теориям, изолированные магнитные полюса с массой около 10/16 масс протона должны были образоваться в первые 10/-35 с после Большого взрыва. Магнитные монополи на много порядков массивнее самых тяжелых частиц, которые можно получить на ускорителях. И все же, если они действительно появились в первые мгновения после Большого взрыва, большая их часть должна была бы существовать и сегодня. Возможно, монополи сохранились в виде сверхплотного вещества внутри земного ядра или существуют как микрометеориты, удерживаемые гравитационными силами в пределах нашей Галактики или даже Солнечной системы.
Легче всего, по-видимому, зарегистрировать монополи космического происхождения. Недавно Б. Кабрера из Станфордского университета создал прибор, в котором три катушки из сверхпроводящей ниобиевой проволоки установлены вдоль трех взаимно перпендикулярных осей. Если бы монополь пролетел через эти катушки или через защитный экран, то по крайней мере в одной из катушек был бы наведен небольшой, но поддающийся измерению ток. В прошлом году на более простом приборе с одной катушкой меньших размеров Кабрера зарегистрировал изменение тока, как будто свидетельствующее о прохождении одного монополя.
На своем новом приборе Кабрера ничего не обнаружил, и, скорее всего, полученный ранее сигнал был ложным. Если масса монополя действительно равна 10/16 масс протона, то новый результат Кабреры означает, что во Вселенной приходится не более одного монополя на каждые 10/17 протонов. Сверхпроводящие кольца Кабреры могут зарегистрировать монополи, двигающиеся с любой скоростью, однако скорость набора данных его прибором невелика, поскольку размеры катушек относительно малы. Сцинтилляционные счетчики позволяют набирать данные быстрее, однако они могут не зарегистрировать медленные монополи.
