ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Великое объединение. Поиск распада протона из "Введение в экспериментальную физику частиц Изд2 " После создания теории, объединившей слабые и электромагнитные взаимодействия, вполне естественным стало предположение о возможном объединении этих взаимодействий с сильным. Такое объединение назвали великим (по-английски — Grand Unifi ation). [c.208] Представлениям ТВО соответствуют результаты экстраполяции измеренных при ускорительных энергиях величин ew, em и es, показывающие, что они сходятся приблизительно в одной и той же точке при энергии Е 10 —10 ГэВ. Это иллюстрирует рис. 12.1, на котором для наглядности представлены обратные величины 1/ ew. V em и l/ es, линейно зависящие от gE. [c.209] Согласно соотношениям неопределенности АЕ Н/At и Aq Н/Ах процессы с большим выделением энергии АЕ или с передачей большого импульса Aq должны происходить в соответствующей малой области пространства. Из второго соотношения это видно неносредственно, из первого соотношения следует величина интервала времени At, который, будучи помноженным на скорость света с, определяет радиус области взаимодействия г = Ate. [c.209] Шкале выделяемых при взаимодействии энергий АЕ или передаваемых импульсов Aq соответствует шкала расстояний, на которых эти процессы происходят. Выделяемой энергии АЕ 10 ГэВ соответствует размер области взаимодействия г 10 см ( ). Столь малые размеры мы не можем себе представить. Приведем такой пример если протоп увеличить до размеров Солпца, то величине г си 10 см будет соответствовать 1 мк. [c.210] В то же время процессы, обусловленные великим объединением, должны проявляться не только нри сверхвысоких энергиях. [c.210] Теория великого объединения должна включать симметрию, охватывающую как симметрию электрослабого взаимодействия, так и симметрию сильного Другими словами, ТВО должна содержать некоторую симметрию кварков и лентонов, благодаря которой они входят в состав одних и тех же супермультинлетов. Эта симметрия, точная при энергии объединения, в доступной пам области сильно нарушена. И все же она должна перемешивать кварки и лептоны в их взаимодействиях с полем Х-бозопов, что делало бы возможным превращение кварков в лептоны и приводило бы к распаду протонов с образованием лептонов. Очевидно, что в этом случае не сохранялся бы не только барионный заряд Б, но и общий лен-тонный заряд Ь. [c.210] Распады протонов — главное следствие ТВО, а их поиск — основной способ проверки этой теории. Предсказываемые ТВО средние времена жизни протонов т р) зависят от конкретной теоретической модели и составляют от 10 лет и больше (для сравнения напомним, что возраст нашей Вселенной от Большого взрыва до наших дней порядка 10 лет). [c.210] Оценим возможность наблюдения распада протонов и измерения т р). [c.211] В одном грамме водорода содержится 6-10 протонов, соответственно в 100 тоннах их 6 10 и в среднем 60 из них должны распасться за один год при г(р) = 10 лет. Таким образом, для поиска распада протонов нужны чувствительные детекторы, с массой в сотни и тысячи тонн, способные регистрировать отдельные акты этих распадов. Для уменьшения фона от космических лучей эти детекторы размещают глубоко под землей. [c.211] Основным каналом распада протонов, предсказываемым ТВО и использованным в поисковых экспериментах, является процесс р е++тг . Образующийся позитрон и два фотона от распада тг создают в веществе детектора три электромагнитных каскада, суммарная энергия которых равна массе протона. [c.211] Производился поиск и других предполагаемых каналов распада протонов (а также нейтронов, входящих в состав стабильных ядер). [c.211] Детекторами распада служили либо калориметры из чередующихся топких слоев металла и плоскостей координатных датчиков, либо водяные черепковские счетчики. [c.211] При создании первых детекторов исходили из времени жизни т р) .0 лет, предсказанного наиболее популярной тогда моделью ТВО. Затем, когда измеренная нижняя граница т р) оказалась больше этой величины, стали создавать еще более чувствительные установки. [c.211] Большие и высокочувствительные детекторы для многолетних экспериментов, рассчитанных на регистрацию единичных событий, должны удовлетворять исключительно высоким требованиям, особенно относящимся к их стабильности, надежности и подавлению фоновых процессов. Например, вода для больших черепковских детекторов проходит тщательнейшую очистку от всех возможных примесей. [c.211] Хочется, чтобы на этой установке распад протона был обнаружен и тем самым было доказано существование великого объединения. Это было бы важнейшим открытием, которое даст новое, более глубокое понимание многих проблем физики частиц. [c.212] А если распад протона не удастся наблюдать и на Сунеркамиоканде Сейчас трудно сказать, будет ли в этом случае сооружена еще более грандиозная установка (что-нибудь вроде Сунерсунеркамиоканде ), но она вряд ли смогла бы существенно повысить предел величины т(р). [c.212] В этом случае для прямой проверки ТВО останется лишь нелегкий поиск некоторых других явлений, предсказываемых различными моделями этой теории. [c.213] Одно из таких явлений — образование магнитных монополей, т. е. изолированных магнитных полюсов. [c.213] Гипотеза о возможности их существования была высказана П. Дираком почти 70 лет назад. Это должны быть весьма необычные объекты, свойства которых противоречат нашему привычному представлению о магнитах, имеющих всегда два полюса, разделить которые невозможно (как мы знаем со школьных времен, если магнит разрезать пополам, получатся два магнита, каждый из которых имеет по два полюса). [c.213] Вернуться к основной статье