Вся современная физика построена на красивой лжи о том, что дробные электрические заряды невозможно вытащить на свет божий и пощупать руками. Нам десятилетиями твердили, что кварки — эти загадочные кирпичики материи с их нелепыми зарядами в одну треть и две трети — навечно заточены внутри протонов и нейтронов. Мол, таков закон природы, смиритесь и идите домой. Но что если весь этот стройный нарратив — не более чем коллективная галлюцинация физического сообщества, удобная догма, которую никто не удосужился как следует проверить?
Спойлер: эксперименты говорят совсем не то, что написано в учебниках. И чем глубже копаешь, тем очевиднее становится: наука снова поймала себя на том, что выдаёт желаемое за действительное.
Кварковая тюрьма: миф или реальность?
Давайте начнём с азов, но без того снисходительного тона, которым физики обычно объясняют профанам устройство мироздания. Кварки — это фундаментальные частицы, из которых состоит практически вся видимая материя во Вселенной. Протон? Два верхних кварка и один нижний. Нейтрон? Два нижних и один верхний. Элементарно, Ватсон.
Но вот в чём загвоздка: верхний кварк несёт заряд +2/3 от заряда электрона, а нижний — минус 1/3. Дроби! В мире, где все наблюдаемые заряды кратны заряду электрона, эти ребята выглядят как пришельцы с другой планеты. И тут же возникает законный вопрос: а можно ли выковырять хотя бы один кварк и посмотреть на него отдельно?
Официальная позиция физики звучит категорично: нет, нельзя, и точка. Это называется конфайнмент — явление, при котором кварки якобы навсегда связаны друг с другом силами так называемого сильного взаимодействия. Чем дальше пытаешься растащить два кварка, тем сильнее они притягиваются обратно. Как резинка, которая никогда не рвётся.
Звучит красиво. Звучит логично. Звучит как идеальное объяснение того, почему никто никогда не видел свободный кварк. Но вот незадача: это объяснение удивительно похоже на средневековые эпициклы — математически изящные костыли, которыми астрономы веками подпирали геоцентрическую модель, прежде чем признать очевидное.
Конфайнмент — самая красивая отмазка в истории физики
Знаете, что меня всегда поражало в истории с конфайнментом? Это единственный случай в физике, когда отсутствие доказательств объявили доказательством теории. Перечитайте это предложение ещё раз, потому что оно заслуживает внимания.
Логика такая: мы не можем найти свободные кварки, следовательно, они не могут существовать в свободном состоянии. А почему не могут? Потому что мы их не находим. Браво! Это не наука, это самосбывающееся пророчество в лабораторном халате.
Квантовая хромодинамика — теория, описывающая поведение кварков и глюонов — действительно предсказывает конфайнмент. Но давайте будем честны: КХД — это математический монстр такой сложности, что даже его создатели признают: полного аналитического решения уравнений у нас нет. Мы вынуждены полагаться на приближённые численные методы, компьютерные симуляции и — чего уж там — изрядную долю интуитивных допущений.
А теперь самое интересное. В 1977 году нобелевский лауреат Уильям Фейрбенк из Стэнфорда заявил, что обнаружил частицы с дробным зарядом. Его эксперимент с левитирующими ниобиевыми шариками показал заряды, соответствующие 1/3 электронного. Научное сообщество отреагировало предсказуемо: результаты объявили ошибкой измерений, артефактом, статистическим шумом — чем угодно, только не реальным открытием.
Почему? Потому что этого не может быть, потому что этого не может быть никогда. Железная логика, не находите?
Охотники за дробями: эксперименты, о которых не принято говорить
История поисков свободных дробных зарядов — это настоящий детектив, где главного подозреваемого то находят, то снова теряют, а следствие раз за разом заходит в тупик при загадочных обстоятельствах.
Эксперименты продолжались десятилетиями. Учёные искали дробные заряды в космических лучах, в образцах лунного грунта, в метеоритах, в морской воде, в устричных раковинах — да-да, в устрицах! — и даже в древних породах возрастом миллиарды лет. Результаты? Противоречивые, мягко говоря.
Группа Джакомо Мореи из Генуи в 1980-х годах сообщала о положительных результатах. Эксперименты в Токио находили аномалии. Даже пресловутый Фейрбенк продолжал настаивать на своих данных до конца жизни. Но каждый раз, когда кто-то заявлял об успехе, научный мейнстрим отмахивался: систематические ошибки, недостаточная статистика, некорректная методология.
При этом эксперименты, не нашедшие ничего, никто не подвергал столь же яростной критике. Удивительная асимметрия, не так ли?
Вот что по-настоящему провокационно: теорема о конфайнменте до сих пор не доказана строго математически. Это одна из семи «задач тысячелетия», за решение которой Математический институт Клэя обещает миллион долларов. То есть мы буквально не знаем наверняка, обязаны ли кварки сидеть взаперти.
И на этом шатком фундаменте построена вся современная физика элементарных частиц. Каково, а?
Кварк-глюонная плазма: когда тюрьма плавится
Впрочем, есть одно место, где даже официальная физика признаёт: кварки могут вырваться на свободу. Это состояние материи называется кварк-глюонная плазма, и его удалось получить на Большом адронном коллайдере и американском RHIC.
Представьте температуру в триллионы градусов — в сто тысяч раз горячее, чем ядро Солнца. При таких условиях привычная материя буквально расплавляется на составные части. Протоны и нейтроны перестают существовать как отдельные сущности, и возникает первобытный «суп» из свободных кварков и глюонов.
Это состояние существовало в первые микросекунды после Большого взрыва, когда Вселенная была слишком горячей для формирования привычных частиц. И — внимание! — в этом супе кварки с их дробными зарядами плавали совершенно свободно.
Правда, физики тут же добавляют оговорку: это длится лишь мгновение, потом всё снова конденсируется в адроны, и дробные заряды исчезают из виду. Удобно, правда? Мы вроде как доказали, что свободные кварки возможны, но тут же объяснили, почему вы никогда не подержите их в руках.
Однако сам факт существования деконфайнмента — хоть временного — разрушает категоричность утверждения «свободных кварков не бывает». Бывает! Просто недолго. Или это нам так говорят?
Странная материя и страннолеты: научная фантастика или пророчество?
А теперь давайте нырнём в по-настоящему глубокие воды. Существует гипотеза, что при определённых условиях кварки могут образовывать стабильные конфигурации, отличные от обычных протонов и нейтронов. Это так называемая странная материя — вещество, содержащее примерно равные количества верхних, нижних и странных кварков.
Согласно гипотезе Боданна и Виттена, странная материя может оказаться более стабильной, чем обычное ядерное вещество. Если это правда, то где-то во Вселенной могут существовать целые звёзды из странной материи — странные звёзды. А ещё — маленькие комочки этой экзотики, так называемые страннолеты, которые теоретически способны долетать до Земли.
И вот тут начинается самое весёлое. Страннолеты несут на своей поверхности избыточный положительный заряд. Какой? Дробный! Потому что странные кварки на поверхности такого объекта не полностью экранированы, и их нецелые заряды проявляются макроскопически.
Некоторые исследователи предполагают, что именно страннолетами можно объяснить часть аномальных событий в детекторах космических лучей — события с нетипичным отношением заряда к массе. Но, разумеется, официальная наука предпочитает более «консервативные» объяснения. Даже когда консервативное объяснение требует такой же экзотики, только другой.
Физика — это не поиск истины, а политика большинства. Побеждает не та гипотеза, которая лучше объясняет факты, а та, которую поддерживает большее число влиятельных профессоров.
Философия запрета: почему наука боится своих открытий
Парадокс современной физики в том, что она одновременно ищет новое и боится его найти. Стандартная модель элементарных частиц — это триумф человеческого разума, но и его оковы. Мы так гордимся этим зданием, что любое открытие, угрожающее его фундаменту, воспринимаем как враждебное.
Свободные дробные заряды — это не просто аномалия. Это потенциальная революция в понимании того, как устроена материя. Если кварки могут существовать отдельно хотя бы в экзотических условиях, если конфайнмент — не абсолютный закон, а лишь преобладающая тенденция, то вся картина мира требует пересмотра.
А пересмотр — это страшно. Это новые учебники, это обнуление научных репутаций, это признание того, что целые поколения физиков тратили жизни на разработку не совсем верной теории. Кто на такое добровольно подпишется?
Поэтому каждый эксперимент, намекающий на дробные заряды, встречает удвоенную критику. Поэтому исследователи, сообщающие о позитивных результатах, рискуют карьерой. Поэтому проще верить в незыблемость конфайнмента, чем допустить, что природа сложнее наших моделей.
В конечном счёте вопрос о свободных дробных зарядах — это вопрос об интеллектуальной честности научного сообщества. Готовы ли мы принять ответ, который нам не нравится? Способны ли мы отличить доказательство от догмы?
Кварки с их дробными зарядами существуют — это факт. Могут ли они существовать свободно — вопрос открытый, несмотря на все уверенные заявления учебников. И пока этот вопрос не закрыт математически строго и экспериментально безупречно, любой, кто утверждает обратное, занимается не наукой, а пропагандой. Элегантной, убедительной, респектабельной — но пропагандой. А истина, как обычно, где-то рядом, терпеливо ожидая, когда люди наберутся смелости её увидеть.