Мир на пике – Мир в пике

Это связано с тем, что протон-протонный цикл в недрах нашего Солнца идет по более сложной схеме, чем нарисовано на первом рисунке. И она как раз и ставит для нас крест на всех наших попытках примотать протон-протонный цикл к нашим скромным нуждам где-нибудь на нашей скорлупке-Земле. Все дело в том, что два столкнувшихся протона образуют в начале реакции слияния не дейтрон, а очень экзотическое ядро – дипротон. Пока это просто два протона, слитых в единое целое. И, как и положено двум заряженным частицам, они не прочь оттолкнуться друг от друга.

В нашей Вселенной нет стабильных дипротонов. Это объясняется тем, что сила взаимного отталкивания двух положительно заряженных протонов чуть-чуть больше, чем энергия связи их гипотетического ядра, определяемая из формул сильного взаимодействия. Кстати, формально это ядро должно было бы называться гелий-2 или ²He в традиционной записи для изотопов.

В таком уникальном соотношении основных взаимодействий есть еще один интересный факт. Если бы сильное взаимодействие частиц было бы лишь чуть-чуть сильнее (наша синяя изолента была бы чуть попрочнее), то мы бы не увидели Тони Старка этого мира вообще. Расчеты показывают, что в таком мире сразу после Большого Взрыва все протоны объединяются в пары и во Вселенной не остается водорода, а значит, не будет ни воды, ни знакомой нам жизни. Только гелий-2, от которого потом и надо начинать цепочки синтеза ядер.

Гелий-2 был экспериментально найден в опытах, включающих в себя распад неона-18 в кислород-16 только в 2008 году. Поскольку получающийся в результате этой реакции дипротон был, как и положено дипротону, жутко нестабильным, его нашли исключительно по факту вылета двух протонов одновременно и в одном направлении из ядра распадающегося неона.

Конечно же, собрать килограмм ядер ²He в условиях их крайней нестабильности практически невозможно. Это как собирать «килограмм комариных крылышек». Как же наше Солнце умудряется нарабатывать энергию, заставляя упрямые протоны превращаться в дейтроны, и светит нам вот уже 4,5 млрд лет?

Все дело в том, что у дипротона есть еще один вариант дальнейшей судьбы, кроме тривиального «прощай, нам не жить вместе, я полетел дальше». У дипротона есть очень маленькая вероятность превратиться в дейтрон в результате действия уже третьего, слабого взаимодействия. В силу невозможности получения самого ²He или дипротона в сколь-либо значимых количествах, вопрос точного определения этой вероятности пока открыт. Скажем так – это не просто мало, а очень мало. Поскольку до сих пор все попытки воспроизвести протон-протонный синтез где-либо в земных лабораториях не увенчались успехом. Протоны просто отскакивают друг от друга, как горох, не образуя ни дипротонов, ни тем более дейтронов.

Кроме неприятного осадка в виде невозможности «зажечь звезду» прямо у себя в синхрофазотроне, ученые убедились, кстати, и еще во многих проблемах. Например, в 1960-е годы очень активно обсуждался так называемый прямоточный двигатель Бассарда, который представлял собой просто громадный черпак, движущийся с околосветовой скоростью. Такой черпак смог бы собирать водород прямо из межзвездного газа и позволил бы не беспокоиться о запасах топлива на борту корабля.

Однако впоследствии выяснилось, что межзвездный газ, как и наша вода, состоит в основном из протия, который хрен зажжешь просто так, «на коленке».

Как же умудряется это делать наше Солнце? В Солнце, судя по всему, все же часть дипротонов успевает превратиться в дейтроны в результате слабого взаимодействия. Связано это, в первую очередь, с громадным объемом нашего светила. Все дело в том, что превращение протона в нейтрон в результате слабого взаимодействия – вещь невероятная. Нейтрон немного тяжелее протона, поэтому на преобразование свободного протона в нейтрон надо затратить энергию. Скорее уж нейтрон превратится в протон в результате β-распада.

Однако то, что невыгодно для двух протонов по отдельности, выгодно для дипротона, поскольку дейтрон (ядро дейтерия), как мы посчитали выше, все же чуть легче двух протонов. Вероятность «мутации» одного из протонов в нейтрон внутри дипротона очень маленькая. Сейчас ее оценили как 1/10⁻³⁰, однако это лишь оценка. Ибо лишь малая часть соударений протонов внутри Солнца приводит к образованию дейтерия. Однако синтез протия дает нашему Солнцу около 60 % всей энергии. Оставшиеся 40 % энергии Солнца дает цикл на ядрах углерода, азота и кислорода, или CNO-цикл, но о нем – чуть ниже. В общем, для того чтобы заставить этот упрямый протий все-таки отдать нам хоть чуть-чуть вожделенного E=mc², приходится брать молоток побольше, а газовый шарик – помассивнее. В результате такого большого скопления протонов, которые сталкиваются и разлетаются снова, в результате β+-распада одного из протонов ядра превращается в нейтрон, дипротон – в дейтрон (ядро дейтерия), а из новорожденного, уже стабильного ядра «тяжелого» водорода вылетают антиэлектрон (или позитрон) и нейтрино. Короче, все не совсем и просто в этих реакциях.