Всё, что движется. Прогулки по беспокойной Вселенной от космических орбит до квантовых полей

Три карты с нулями – это нейтрино, а три с нулями с чертой – антинейтрино. Это легкие частицы, которые носятся по Вселенной, практически ни в чем не участвуя. Точнее говоря, они совсем не участвуют в создании структур, а кроме того, чрезвычайно слабо взаимодействуют со всеми другими элементарными частицами. Нуль указывает на их электрический заряд: он отсутствует, из-за чего нейтрино невосприимчивы к электромагнитному взаимодействию; невосприимчивы они и к сильному ядерному взаимодействию, и их единственный контакт с миром, кроме гравитации, – слабое ядерное взаимодействие. С точки зрения отношений внутри своей семьи нейтрино стоят особняком от остальных карт: более темные не испытывают необходимости исчезнуть, навсегда превратившись во что-то светлое. Вместо этого нейтрино разных мастей запутаны друг с другом, что выражается в так называемых «осцилляциях» – самопроизвольном последовательном превращении между всеми тремя мастями. Если не вдаваться в более технические подробности, то можно считать, что, получив на руки карту со светлым нейтрино, вы через некоторое время обнаружите, что она превратилась в карту с серым или темным нейтрино, и такие превращения «по кругу» идут безостановочно, на деле являясь для нейтрино способом существования.

Карты двух оставшихся значений 2/3 и –1/3 – это кварки, и это отдельная история. В светлой масти это u (или up) кварк и d (или down) кварк Они входят в состав протона и нейтрона, а потому сидят во всех атомных ядрах, т. е. везде вокруг нас, да и внутри нас. Если вы желаете предъявить протон или нейтрон, то вам необходимо собрать вполне определенные комбинации, причем только в одной, светлой, масти:

Кварки двух других мастей – более массивные варианты двух светлых, и, будучи более массивными, они долго не живут. Собственно говоря, и из двух светлых по-настоящему стабилен только один, потому что второй обладает средним временем жизни около 900 с, превращаясь как (заряд справа и слева, как видим, один и тот же). В правой части – u-кварк, электрон и электронное антинейтрино, что общепринятым образом выражается как d u + e + v_e. Это превращение не происходит, когда карты составляют «правильную комбинацию», а именно протон; в нейтроне, предоставленном самому себе, оно все-таки случается, из-за чего нейтрон превращается в протон, но внутри атомных ядер нейтроны такого в основном не делают, благодаря чему и существуют стабильные ядра[315]. Рекордсмен по скоротечности жизни – так называемый t (top) кварк он распадается в среднем через невыразимо короткие 5 × 10^–25 с (за это время свет пролетает расстояние в полторы десятитысячные размера атомного ядра).

Возвращаясь к протонам и нейтронам, из которых собраны все атомные ядра, полезно сложить значения карт в каждой из приведенных выше комбинаций: получаем электрический заряд протона 2/3 + 2/3 – 1/3 = 1 и нейтрона 2/3 – 1/3 – 1/3 = 0. Очень общее правило состоит в том, что запрещено показывать карты с дробным значением заряда: в природе кварки не присутствуют поодиночке, отдельный кварк нельзя «вынуть» из протона, нейтрона или другой частицы, в состав которой он входит; кварки присутствуют в мире лишь в комбинациях, удовлетворяющих нескольким условиям, среди которых важное (хотя и не единственное) – целочисленный (а не дробный) заряд. Целочисленные заряды можно собирать и другими способами: например, комбинация (где использованы карта и антикарта!) имеет заряд +1 и представляет собой положительно заряженный пи-мезон, а противоположная ей комбинация дает его античастицу с зарядом –1. Эти частицы играют роль передатчиков ядерного взаимодействия между протонами и нейтронами, но сами по себе они нестабильны. Пи-мезон с зарядом +1 живет в среднем 26 миллиардных долей секунды, после чего превращается главным образом в антимюон и мюонное нейтрино.