Во что мы верим, но не можем доказать

Считается, что нейтрино, находившиеся в термическом равновесии, освободились от связей с другими частицами примерно через две секунды после взрыва. Предполагается, что с тех пор они безмятежно странствуют в межгалактическом пространстве. Их около 200 в каждом кубическом сантиметре нашей Вселенной, и еще несколько миллиардов в каждом атоме. Их присутствие опосредованно проявляется в расширении Вселенной; однако это, возможно, самые многочисленные частицы материи, до сих пор известные нам. Но ни разу нам не удалось зарегистрировать ни одного из этих первобытных нейтрино. Мы, конечно, пытались, но необходимые для этого эксперименты невообразимо сложны. Однако нейтрино, скорее всего, существуют. Если их нет, наши представления о рождении Вселенной придется полностью пересмотреть.

Оригинальная гипотеза Вольфганга Паули о существовании нейтрино была выдвинута в 1930 году. Она была настолько смелой, что Паули не решился ее опубликовать. В 1934 году Энрико Ферми предложил блестящую гипотезу о том, как возникают нейтрино в ходе ядерных событий. Журнал Nature отказался ее публиковать, посчитав слишком рискованной. В 1950-х годах нейтрино были зарегистрированы в ядерных реакторах, а вскоре и в ускорителях частиц. Начиная с 1960-х годов изощренные эксперименты позволили обнаружить существование нейтрино в ядре Солнца. Наконец, в 1987 году десятисекундный взрыв нейтрино был зафиксирован в излучении суперновой звезды, родившейся почти 200 тысяч лет назад. Когда эти нейтрино достигли Земли и мы смогли их наблюдать, один известный физик остроумно заметил, что существование нейтрино за рамками Солнечной системы «за десять секунд превратилось из научной фантастики в научный факт». Это — некоторые из основных этапов физики нейтрино XX столетия. В XXI веке мы с нетерпением ждем следующего этапа: доказательств того, что нейтрино возникли в первые секунды после Большого взрыва. Мы способны теоретически предположить их существование, но сможем ли мы увидеть воочию эти стремительные и неуловимые частицы? Вполне возможно, они окружают нас со всех сторон, хотя мы до сих пор не можем этого доказать.

Хаим Харари

ХАИМ ХАРАРИ — физик-теоретик. С 1988 по 2001 год — президент Института Вейцмана. В настоящее время заведует кафедрой Института образования в области естественных наук Уильяма Дэвидсона.

Более столетия назад появилось понятие электрона, положив начало революции в электронике и в сфере информационных технологий. Считается, что электрон — точечная, элементарная и неделимая частица. Но так ли это?

Нейтрино легче электрона больше чем в миллион раз. Существование этой частицы было предсказано в 20-х годах и подтверждено в 50-х годах XX века. Она играет важную роль в создании звезд, Солнца и тяжелых элементов. Это неуловимая, невидимая и слабовзаимодействующая частица. Она тоже считается элементарной и неделимой. Но так ли это?

Кварки не существуют как свободные объекты, кроме как на чрезвычайно крошечных расстояниях, внутри частиц — протонов и нейтронов, из которых состоят атомные ядра. С начала 1960-х годов считается, что кварки — неделимые и самые важные «кирпичики» ядра. Но так ли это?

Природа создала два набора дополнительных, совершенно необъяснимых точных копий электрона, нейтрино и двух наиболее распространенных типов кварков («верхнего» и «нижнего»). Каждый набор идентичен двум другим по всем параметрам, за исключением того, что массы этих частиц радикально отличаются друг от друга. Каждый набор включает четыре элементарных частицы. Таким образом, мы получаем 12 различных частиц, и все они считаются неделимыми, точечными и элементарными. Но так ли это?

В свое время атом, атомное ядро и протон тоже считали элементарными и неделимыми, но позже оказалось, что они состоят из еще более элементарных «строительных блоков». И разве мы можем быть настолько высокомерными, чтобы исключить возможность того, что это произойдет снова? Зачем природе создавать 12 разных объектов, с упорядоченными паттернами электрических зарядов и «цветных сил» с простыми соотношениями зарядов между, на первый взгляд, не связанными между собой частицами (например, электроном и кварком) и с паттернами массы, которые, кажется, возникли в результате лотереи? Разве это не указывает на наличие подчастиц еще меньшего размера?

Нет абсолютно никаких экспериментальных данных, подтверждающих существование таких подчастиц. Нет никакой удовлетворительной теории, которая могла бы объяснить, как такие легкие и крошечные частицы способны содержать объекты, движущиеся с огромной энергией (требование квантовой механики). Именно поэтому, видимо, общепринятое представление специалистов по физике частиц заключается в том, что мы уже достигли самого элементарного уровня структуры материи.