Как известно, синхротронное излучение возникает при движении электронов по ускорительному кольцу в магнитном поле, которое искривляет траекторию частиц. При этом чем выше скорость частиц, тем большая часть переданной им энергии превращается в синхротронное излучение. И может наконец наступить такой момент, когда энергия, передаваемая электронам, будет расти, а их собственная энергия почти не увеличится, то есть практически всю затрачиваемую на ускорение частиц энергию будет забирать синхротронное излучение.
Справедливости ради заметим, что этот побочный продукт, вредный для ускорения, может совершать массу полезных дел. Ведь по своей физической природе синхротронное излучение — это не что иное, как рентгеновские лучи, но только узконаправленные и значительно более мощные. В таком излучении остро нуждаются многие области науки и техники. В биологии, например, оно используется для изучения структуры белковых молекул, в машиностроении и строительстве — для дефектоскопии, в микроэлектронике — для рентгеновской литографии, позволяющей получать сверхбольшие интегральные схемы с деталями субмикронных размеров. Кстати, эти размеры уже близки к размерам атомов (в частности, атомов водорода), находящихся в сильно возбужденном состоянии, у которых электроны могут быть в десятки и сотни раз дальше от ядра, чем когда они в спокойном, невозбужденном состоянии. Так что успехи микроэлектроники свидетельствуют: недолго, видимо, просуществует разрыв между микрофизикой и макрофизикой, который, как считалось, разделяет эти огромные области.
Вернемся, однако, к нашей первой теме. Сейчас физики думают, как осуществить экспериментальную проверку идеи великого объединения обходным, так сказать, маневром, в экспериментах, не требующих гигантских энергий ускоренных частиц. В числе таких экспериментов проверка стабильности протона.
Один из выводов теории говорит, что протон не есть абсолютно стабильная частица, как это сейчас представляется, что он должен распадаться в среднем за время 1020—1030 лет. Если бы удалось обнаружить, что это действительно так, то многие важные выводы квантовой хромодинамики, касающиеся, в частности, единой природы всех взаимодействий, можно было бы считать доказанными.
Человеку непосвященному этот способ экспериментальной проверки может показаться недостойным обсуждения. Действительно, как можно проверить, распадается ли частица за 1020 лет, если возраст вселенной всего 1010 лет? Физик же понимает, что речь идет о среднем времени распада и поэтому достаточно наблюдать массу из 1020 протонов и установить, что за год один из них распался. Или наблюдать 1030 протонов и зарегистрировать 100 распадов в год. Задача эта непростая: необходимо в тоннах наблюдаемого вещества обнаружить единичные акты распада и при этом застраховаться от разного рода помех, от распадов, вызванных не внутренними процессами в протоне, а какими-либо внешними воздействиями. И все же экспериментальная проверка нестабильности протона отнесена к числу осуществимых.
На протяжении многих десятилетий, и особенно в последние годы, все более плодотворной становится связь земной физики с астрофизикой. И это вполне естественно. По мере того как астрофизика все детальнее исследует космос, мы получаем возможность в этой гигантской лаборатории проверять свои представления о природе земных вещей и, наоборот, на основе явлений, обнаруженных в далеких районах вселенной, разрабатывать фундаментальные физические теории.
Главные наши знания об устройстве и истории вселенной есть некий синтез наблюдательных данных и фундаментальных физических представлений. Например, обнаружение пульсаров — источников импульсного радиоизлучения, которое даже его открывателям долго казалось чем-то мистическим, загадочным, — после детальных наблюдений и глубокого теоретического анализа привело к модели быстровращающейся нейтронной звезды. Ее магнитное поле формирует из потоков заряженных частиц своего рода антенны, которые, вращаясь вместе со звездой, «стреляют» в наблюдателя импульсами радиоизлучения.