Страпелька на Луне

Тренды
Москва, 16.04.2009
«Русский репортер» №14 (93)
Страпелька — это слово нужно произносить с ударением на первом слоге: оно образовано слиянием «странный» и «капелька». Речь идет о понятии, выдвинутом физиками-теоретиками: страпелька — это небольшой сгусток так называемой странной материи. Гипотезы о существовании подобных «капелек» особенно любят противники Большого адронного коллайдера, первого ин­струмента с ненулевыми шансами синтезировать странную материю на Земле. А пока знаменитый коллайдер не запущен, страпельки ищут на Луне — правда, без особых успехов

Человечеству стоит бояться не астероида, который рухнет на планету, а беспризорных капель странной кварковой материи, рассеянных в космосе, — страпелек. Во-первых, они ничуть не легче астероида: кубический сантиметр весит 10 млн тонн. Так говорят теоретики. Практики же — и ядерщики, и астрономы — ничего подобного пока не наблюдали.

Лишний вес страпелек — не единственная неприятность. Лучшую рекламу им сделал Большой адронный коллайдер: подозревали, что первая земная страпелька родится там — и превратит в странную материю все вокруг, как «лед-9» у Воннегута. В 1984 году Эдвард Виттен, отец теории струн и главный авторитет в современной физике, придумал страпельки и одновременно высказал опасение, что они устойчивей обычных атомных ядер. А раз так, то ядрам ничего не стоит перейти в новое, «странное» состояние, вовлекая в цепную реакцию соседей.

Суп на первое

Откуда берутся такой вес и, главное, такая стабильность? Представим себе атомное ядро размером с яблоко и весом в миллиард тонн. Примерно такой должна быть гипотетическая страпелька.

Обычный протон собран из трех кварков. Тут и сосредоточена основная масса атома. Вокруг, на расстоянии в миллион раз большем размеров ядра, ни одна тяжелая частица не поместится.

Совсем другое дело кварковая материя. Это сколько угодно кварков, пригнанных друг к другу, — можно сказать, кварковый суп, предельно густой и тяжелый. Когда-то он не был экзотикой: «суп» заполнял собой Вселенную в первые секунды после Большого взрыва. Дожить до сегодняшнего дня могла только одна его разновидность, «приготовленная» по особому рецепту. Возьмите треть «странных» кварков (это не эпитет, а термин) на треть «верхних» и треть «нижних» — странная материя готова.

Из нерасчлененной кварковой массы могут состоять целые звезды — астрофизикам известны несколько кандидатов. А где странные звезды, там и странные капли как результат звездотрясений и звездных столкновений. Страпельки, подобно дроби, разлетаются по Галактике и куда попадут — неизвестно.

9 баллов по Гейгеру

В ноябре 1993 года сейсмографы в разных точках планеты зафиксировали цепочку толчков. Их эпицентр, если сопоставить записи, быстро пересекал внутренности планеты, а мощность соответствовала килотонной атомной бомбе. Американские геофизики порылись в архивах сейсмостанций и выяснили, что такие события бывали не раз. Возможная версия: пролет частицы размером в несколько микрон и массой около тонны, которая без особых проблем пробила планету насквозь и вышла наружу — со скоростью в сотни километров в секунду.

Планета в этом опыте исполняла роль «пузырьковой камеры», популярного у физиков ХХ века детектора частиц. Там невидимая час­тица пролетает сквозь жидкость, возмущает ее и заставляет пузыриться, а следы этого процесса — пузырьки и волны — уже можно разглядеть. То же и с сейсмическими волнами.

Однако анализ миллионов сейсмограмм был работой утомительной и почти бессмысленной. Просто Земля — неудачное место для поисков. Больше подходят космические тела поменьше — без сбивающей с толку атмо­сферы и с минимумом собственной сейсмической активности. Например, Луна.

Казалось, на Луну вот-вот начнут летать заново: стоит астронавтам забыть там сейсмограф — и можно ждать Нобелевской премии! Трудность в том, что одной экспедицией не обойтись. Чтобы отличить страпельку от, например, метеорита, понадобится как минимум шесть приборов, разбросанных по поверхности небесного тела. Только по сумме их показаний можно вычислить точки входа и выхода частицы. А еще измерить ее скорость и удостовериться, что волны исходят изо всех точек, где она пробивалась сквозь лунные недра.

Мелко и россыпью

Все, что сказано выше, касается охоты за крупными страпельками. Мелких в космосе наверняка больше — если они, конечно, вообще существуют. А ученым для начала хочется убедиться именно в этом. И они решили начать проверку с малого — со страпелек, которые чуть больше атома и могли задержаться в лунной почве. Именно так поступила группа физиков из Йеля, Кембриджа и еще нескольких университетов и лабораторий, недавно опубликовавшая результаты  своих исследований на сервере препринтов arxiv.org.

Лунный грунт — сам по себе первосортный детектор. Миллиарды лет его свободно бомбардируют частицы из космоса, которым не мешает атмосфера. Ветер, растения, животные и люди не рыхлят землю и не перемешивают слои, поэтому проба, взятая с поверхности, наверняка помнит все.

7,5 грамма лунного грунта пропустили сквозь масс-спектрограф, сортирующий частицы по весу и заряду (чтобы оценить серьезность и цену эксперимента, вспомним, что все зонды и астронавты за всю историю полетов привезли на Землю считанные килограммы вещества с Луны, и это вещество в институтах охраняют серьезней, чем любые приборы). Попытка закончилась неудачей, но авторы исследования утверждают, что только начали искать всерьез.

Коллайдер без туннеля

Еще один способ поисков — помес­тить детектор частиц в космос и ждать, что рано или поздно час­тица в него попадет. Тот же коллайдер, только без туннеля. Всю работу по разгону частиц осуществляют небесные тела далеко за пределами Солнечной системы. Основанную на этой идее конструкцию под названием AMS (Alpha Magnetic Spectrometer) собирались прикрепить к Международной космической станции еще в 2003 году, но помешала авария шаттла Columbia. Теперь ее собираются отвезти на мыс Канаверал в конце 2009 года. Страпельки, которым предстоит туда попасть, наверняка уже в полете.

Иллюстрации: Варвара Аляй

Кто сказал «страпелька»?

Слово «страпелька» появилось в русском языке благодаря астрофизику Сергею Попову, который так перевел английское strangelet. На нашу просьбу дать простое определение понятия «страпелька» он ответил:

Простое определение: «маленький комочек кваркового вещества». Сложнее с коротким определением кваркового вещества.

Не уверен, что это общепонятно: «Кварковым называют гипотетическое состояние вещества, в котором кварки не заперты внутри протонов или нейтронов, а свободны»

Сергей Попов, астрофизик

У партнеров

    «Русский репортер»
    №14 (93) 16 апреля 2009
    Соседи
    Содержание:
    Фотография
    Вехи
    Без рубрики
    Репортаж
    Путешествие
    Реклама