Взаимодействие между «цветными» кварками

Взаимодействие между «цветными» кварками осуществляется посредством обмена безмассовыми частицами – глюонами (от английского glue – клей), связывающими их в адронах. В рамках этой схемы протон представляет собой комбинацию двух и-кварков и одного d-кварка; нейтрон имеет состав udd; я-мезоны представляют собой связанные состояния ud- и ий-кварков и т. д., причем комбинация кварков в этих системах приводит к их «бесцветности».

Чрезвычайно важно, что теория, описывающая взаимодействие кварков, предсказывает, что по мере роста энергии сталкивающихся частиц их взаимное влияние друг на друга ослабевает. Это свойство кварковой материи послужило поводом, чтобы ввести в физику частиц новое понятие «асимптотическую свободу», означающую, что при больших энергиях кварки чрезвычайно слабо взаимодействуют друг с другом. Следовательно, можно ожидать, что в адронную эру расширения Вселенной кварковая плазма будет обладать такими же термодинамическими характеристиками, как и радиационная плазма.

Отсюда, в частности, следует также, что и темп расширения Вселенной в адронную эру должен практически совпадать с темпом расширения в эпоху доминирования радиации. А это дает нам ключ к исследованию основных закономерностей эволюции Вселенной при сверхвысоких температурах плазмы вплоть до температур, превышающих 1026 К.

В значительной мере прогресс в понимании этих закономерностей стимулирован появлением так называемых теорий «Великого объединения», предсказывающих, что при температурах больше 1026 К электромагнитное, слабое и кваркглюонное взаимодействия теряют свою индивидуальность. Этот путь объединения различных типов взаимодействий в одно универсальное возможен лишь в том случае, если кварки, из которых построены «тяжелые» частицы, окажутся нестабильны.

Но это автоматически означает и нестабильность протона, являющегося связанным состоянием трех кварков. К счастью, период полураспада протона оказывается фантастически большим даже по астрономическим меркам. Он варьируется в зависимости от конкретного варианта теории, от 1028 до 1031 лет. И хотя это время почти на 18 порядков превышает современный возраст Метагалактики, тем не менее уже сейчас ставятся эксперименты по обнаружению радиоактивности протонов.