На чем держится наш мир

Часто при первом знакомстве с миром элементарных частиц удивляются, почему большинство частиц нестабильно. В действительности же удивляться нужно не этому. Взаимопревращения — это образ жизни элементарных частиц.

Под действием трех типов сил никогда не прекращаются виртуальные превращения частиц друг в друга. Если нет препятствий со стороны закона сохранения энергии (другие законы сохранения выполняются и при виртуальных процессах), то рано или поздно произойдет реальное превращение: тяжелая частица распадается на более легкие.

При этом ничего не запрещает обратного процесса. Встретившись вместе, дочерние частицы сольются, превращаясь в материнскую. Однако такая встреча очень мало вероятна. Частицы разлетаются от места рождения, и так как наш мир не очень густо населен частицами, встреча их с братьями и сестрами, как правило, не успевает произойти. Они раньше распадутся, если только не являются стабильными. Все процессы микромира, в частности превращения частиц, обратимы, но обратный распаду процесс в обычных условиях мало вероятен. Лишь при сверхплотных состояниях вещества, в недрах тяжелых звезд, обратные процессы, по-видимому, происходят столь же часто, как и прямые.

Поэтому надо ожидать, что рожденная частица долго не может существовать. Так и есть на самом деле, за некоторыми исключениями. Таких исключений пять, если не считать античастицы: фотон, два сорта нейтрино, электрон и протон. Удивляться следует именно тому, что стабильные частицы все же существуют.

То, что фотон и нейтрино стабильны, понять не сложно. Они легче легкого. Их масса покоя уже равна нулю, и на более легкие частицы они распадаться не могут. Все другие частицы, казалось бы, должны распадаться на фотоны и нейтрино. Закону сохранения энергии это не противоречит.

Однако две частицы — электрон и протон — избегают саморазрушения. Почему? Только из-за особых законов сохранения.

Мы не знаем как следует, почему электрический заряд в природе сохраняется. Но зная, что он сохраняется, мы можем понять причину стабильности электронов. Электрон — самая легкая из заряженных частиц и по этой причине не может распадаться. Более легкие частицы фотон и нейтрино не заряжены. Распад электрона поэтому неминуемо приводил бы к нарушению закона сохранения заряда. Обеспечение стабильности электрона — самая, пожалуй, большая заслуга этого закона сохранения. Протон не распадается, несмотря на очень большой избыток энергии покоя по сравнению с легкими частицами и разнообразные возможности распада на мезоны и лептоны, только потому, что он является самым легким из барионов. Стабильность ядер, а значит и всей Вселенной, держится на законе сохранения числа барионов. Этот закон является мощным тормозом для распада протона на другие частицы.

Страшно подумать, что было бы без законов сохранения электрического и барионного зарядов. Мир представлял бы собой безрадостное скопище фотонов и нейтрино, которые лишь изредка производили бы на свет эфемерные образования, тут же возвращающиеся в фотонно-нейтринную нирвану. За время 10"10 секунды даже могучая природа не смогла бы создать таких разумных существ, как мы с вами.

1 2