Здесь не поймаешь нейтрино за бороду

Сказания о конце света Астрофизики и космологи – те, от кого зависит наше представление о Вселенной, – время от времени выдают диковинные открытия, немыслимые гипотезы, сногсшибательные сенсации. В пестром калейдоскопе теорий, пожалуй, самая популярная – о Большом взрыве (Биг Бэнге). В Библии сказано: вначале Вселенная была «безвидна и пуста». Физики говорят: в этой пустоте, будучи спрессованной в крохотной точке пространства, она взорвалась 14 млрд. лет назад, разлетевшись на галактики. С тех пор Вселенная расширяется. Будет ли этот процесс длиться до бесконечности? Есть предположение, что расширение продолжится еще 50 млрд. лет, затем разлетевшиеся галактики снова начнут сближаться и постепенно сольются. При этом небеса так разогреются, что вся твердь расплавится. Произойдет грандиозный «взрыв внутрь», так называемая имплозия, и вселенская материя снова сожмется. Жизнь во Вселенной, «свершив печальный круг, угаснет». Жуткий сценарий! Ужасную картину всемирного конца света рисуют и приверженцы теории бесконечного расширения Вселенной. Раздуваясь, она постепенно будет становиться все темнее и пустыннее, исчезнут звезды, в пыль превратятся галактики. А вот Андрей Линде, бывший советский физик, а ныне профессор Стэнфордского университета (США), считает, что Вселенная, приютившая человечество, не единственная в миро-здании, существуют и другие. Большие взрывы повторяются, говорит он, и сравнивает вакуум с конвейером, который штампует Вселенные, как фурнитуру. Однако жители двух разных Вселенных не могут обнаружить друг друга. Как считает ученый, пока не могут, поскольку умо-зрительные заключения физиков не поддаются сегодня экспериментальной проверке. Есть среди них такие, которые ищут путь к познанию начального акта рождения Вселенной, то есть как был устроен мир в первые мгновения после Большого взрыва. Исследованием этого явления занимается группа ученых кафедры теоретической физики ЯрГУ. Подарок из космоса А все началось с события, произошедшего на звездном небе в 1987 году и сразу же ставшего мировой сенсацией. – В ночь с 23 на 24 февраля в обсерватории, расположенной в Андах, дежурил молодой астроном, – рассказывает доцент кафедры Александр Кузнецов. – Он сделал очередные снимки звездного неба и хотел было идти спать, но почему-то решил их проявить. После проявки не поверил своим глазам: в том месте, где ничего не было, горит звезда. Наверное, это дефект на пленке, решил он. Снова сделал снимки и проявил: звезда не исчезла. Но ее не должно быть на этом месте! Молодой человек вышел на улицу, стал смотреть в бинокль – на небе ярко горела невесть откуда взявшаяся звезда. Он не решился разбудить своего шефа, а зря, ведь на небе вспыхнула сверхновая звезда. Затем ее заметили австралий-ские астрономы, сразу же подняли шум на весь мир и стали первооткрывателями этого сенсационного события. В то же самое время в подземных лабораториях Италии, Японии и Канады началась паника: их телескопы, регистрирующие нейтрино, идущие от Солнца, зафиксировали нейтринные события, по количеству превышающие норму во много раз. Это было не что иное, как первая регистрация нейтринного потока после взрыва сверхновой звезды. Произошло столь редкостное космическое событие не внутри нашей Галактики, а в одном из ее самых крупных спутников – Большом Магеллановом Облаке. А вот в нашей Галактике последнюю вспышку сверхновой наблюдал в начале XVII века немецкий астроном Кеплер. По астрономическим меркам, взрыв сверхновой в 1987 году произошел рядом, на расстоянии 170 тысяч световых лет. То есть 170 тысяч лет назад в звездном мире произошла катастрофа. Все это время от давно умершей звезды летели к Земле продукты взрыва, которые достигли нашей планеты лишь сейчас. – Александр Васильевич, что означает термин «сверхновая звезда»? – Внезапно вспыхнувшая, то есть та, что рождается на наших глазах. Например, в каком-то месте есть звезда, но ее не видно. Когда происходит взрыв, яркость возрастает в миллионы раз. После вспышки начинается постепенное угасание, которое продолжается несколько недель, затем звезда становится почти невидимой. При взрыве сверхновой образуется либо нейтронная звезда, или пульсар, либо черная дыра. На основе наблюдений других галактик, похожих на нашу, астрофизики сделали вывод: взрывы сверхновых должны происходить в среднем раз в столетие. Кстати, «затишье» в нашей Галактике уже несколько затянулось, и ученые с волнением отыскивают среди ближайших звезд возможного кандидата на роль следующей сверхновой. Среди наиболее «дозревших» выделяют звезду Бетельгейзе – альфу в созвездии Ориона – красный сверхгигант на расстоянии около 200 парсеков. По имеющимся оценкам, несколько дней после взрыва такая звезда будет видна даже днем, а ночью засветится ярче Луны. Есть гипотезы, согласно которым, 99 процентов всей энергии взрыва – нейтринное излучение, 0,99 процента – энергия оболочки, которая разлетается, и только одна сотая процента – световая вспышка. Чтобы поймать самую неуловимую и загадочную частицу – нейтрино, астрофизики строят обсерватории либо глубоко под землей, либо под водой. Ежесекундно Землю и нас вместе с ней пронизывают миллионы нейтрино, летящих от Солнца. Но приборы улавливают лишь единицы. Титанические усилия «ловцов» нейтрино были вознаграждены подарком из космоса в 1987 году, когда в результате взрыва сверхновой на Землю хлынул нейтринный поток. На взрыв отреагировали приборы, находившиеся в разных частях света. Малютка нейтрино шутя пронзил толщу земного шара! – Потому у физиков такое пристальное внимание к этой удивительной частице? – Возможно, это самая главная частица во Вселенной, – считает Александр Кузнецов. – Может быть, нейтрино остановит расширение Вселенной, а может, заставит ее сжаться. Новое поколение астрофизиков выбирает Долгие годы у физики элементарных частиц и астрофизики было мало общего. Физики микромира строили гигантские ускорители, открывая экзотические кварки, лептоны, мезоны, нейтрино – «первокирпичики» мироздания. Астрофизики атаковали небо спутниками, разглядывали в телескопы, знакомясь с не менее экзотическими созданиями – пульсарами, галактическими ядрами, черными дырами. После события 1987 года эти два направления слились, и появилась внегалактическая нейтринная астрономия. Началось накопление новых знаний. В общемировую копилку свой вклад вносят и наши земляки. Согласно некоторым гипотезам, при взрыве сверхновой звезды образуются сильные магнитные поля. Как в них протекают нейтринные процессы – этому вопросу посвятил свою доктор-скую диссертацию А. Кузнецов, блестяще защитив ее в Институте физики высоких энергий в Протвине (Московская область). Его оппонент, академик РАН С. Герштейн, во время защиты назвал работу Кузнецова образцовой, высоко оценив ярославскую школу физиков-теоретиков. Теоретически она имеет отношение к механизму взрыва сверхновой, где в первоначальный момент действуют законы физики элементарных частиц. Скоро в очень солидном и престижном в международных научных кругах издательстве «Шпрингер» выйдет книга Н. Михеева и А. Кузнецова. Она войдет в серию «Новые пути в физике», которая примечательна тем, что ее книги поступают во все библиотеки мира. Небесный «реактивный двигатель» Книга написана для специалистов по квантовой теории поля и астрофизике. В ней за частоколом сухих формул скрывается одна изюминка. О ней еще три года назад писал А. Кузнецов в научно-популярной статье в Соросовском образовательном журнале. – Уже более 40 лет в астрофизике существует загадка больших собственных скоростей пульсаров, – рассказывает Александр Васильевич. – Пульсары – это нейтронные звезды, остатки взрывов сверхновых, происходивших в нашей Галактике в течение миллионов лет. Так вот, примерно 20 процентов из них имеют относительно остальных звезд Галактики собственные скорости, составляющие в среднем около 500 километров в секунду. Пока не существует удовлетворительной теоретической модели, объясняющей, почему такой массивный и плотный объект, имеющий массу, примерно равную массе Солн-ца, а диаметр всего около 10 километров, вылетает, как пуля, из центральной области взрыва. Существует несколько гипотез, у каждой из которых есть свои сторонники и противники. Наша модель, которую мы с профессором Михеевым опубликовали в 1997 году в авторитетном международном журнале «Физикс Леттерз» («Физические письма»), подробно описана и в выходящей книге. Она основывается на способности нейтрино при движении в сильном магнитном поле рождать электронно-позитронные пары, при этом нейтрино теряет импульс несимметрично по отношению к направлению поля. Здесь проявляется известная с 1956 года зеркальная несимметричность слабых взаимодействий элементарных частиц. Проведенные расчеты показывают, что образующаяся несимметричность мощного нейтринного потока может оказаться достаточной, чтобы дать начальный толчок рождающейся нейтронной звезде. Создается своего рода нейтринный реактивный двигатель новорожденного пульсара. Правда, для реализации такого механизма при взрыве сверхновой должны возникать магнитные поля несколько больше тех, что допускаются большинством астрофизиков. Наиболее привлекательная черта нашей модели с физической точки зрения состоит в том, что этот эффект стал бы первой в своем роде крупномасштабной астрономической демонстрацией зеркальной несимметричности слабых взаимодействий элементарных частиц. Зинаида ШЕМЕТОВА. На снимке: ярославские ученые Александр КУЗНЕЦОВ и Николай МИХЕЕВ – авторы книги о взрывах сверхновых звезд, которая скоро выйдет в издательстве «Шпрингер» в серии «Новые пути в физике».