Телескоп во льдах. Как на Южном полюсе рождалась новая астрономия

Боуэн Марк

После шести напряженных месяцев настройки аппарата Ву начала эксперимент и получила ответ уже через несколько минут: бета-электроны двигались чаще всего в направлении, обратном направлению магнитного поля. Принцип сохранения четности на ее глазах корчился в предсмертных конвульсиях.

Разумеется, Ву поддерживала постоянную связь с Ли и Янгом. В четверг 3 января 1957 года она позвонила Ли, чтобы рассказать о своих результатах. Ли завел на кафедре физики Колумбийского университета традицию собираться на обед по пятницам в одном из отличных китайских ресторанов неподалеку от кампуса. На следующий день он поделился новостями с коллегами… и погрузил в глубокую задумчивость своего коллегу-профессора Леона Ледермана. Возможно, это был самый короткий в истории науки промежуток между формулированием

концепции и получением результата (для открытия такого масштаба): уже к вечеру того же дня Ледерман и его коллега Ричард Гарвин придумали новый метод для тестирования паритета слабого взаимодействия; к двум часам ночи они опробовали его на циклотроне в лаборатории Невис, подразделении Колумбийского университета, в нескольких километрах вверх по реке Гудзон; а к шести утра в следующий вторник у них уже появился вполне конкретный результат, подтвердивший выводы Ву¹⁵⁶. Группа из Чикагского университета, также проводившая аналогичный эксперимент в течение нескольких месяцев, получила еще через несколько дней результат, совпавший с результатом Гарвина и Ледермана. Закон сохранения четности не просто умер; он аннигилировался¹⁵⁷.

15 января, меньше чем через две недели после того, как Ву позвонила Ли, Колумбийский университет сделал необычный шаг и провел пресс-конференцию, на которой было объявлено о результатах (таким образом присвоив себе также и всю славу чикагской группы, которая вообще не была упомянута). В статье, появившейся на первой полосе газеты New York Times¹⁵⁸, была процитирована фраза И. А. Раби, заведующего кафедрой физики Колумбийского университета:

Можно сказать, что достаточно цельная теоретическая структура оказалась потрясена до основания, и мы не уверены, сможем ли собрать ее по кусочкам заново.

Вот какие масштабные разрушения произвел в науке факт открытия нейтрино.

Чуть позже в том же году Ли и Ян получили Нобелевскую премию. Многие считают, что премию могла бы получить и Ву Цзяньсюн. В том же полном событий году элегантный эксперимент в Брукхейвене продемонстрировал, что нейтрино можно считать «левшой» – частица во время своего движения в космосе вращается против часовой стрелки¹⁵⁹. И это заставляет нас снова вспомнить об Этторе Майоране.

Из нулевого результата Рэя Дэвиса при работе с «реакторными» нейтрино и доказанного Кованом и Рейнесом факта того, что нейтрино и его античастица отличаются друг от друга, можно сделать вывод о том, что нейтрино действительно имеет античастицу. Однако оказывается, что это не всегда так. Теория утверждает, что реакция превращения хлора в аргон, лежащая в основе метода Дэвиса, зависит не от различий между частицей и античастицей, а от ориентации: инициировать реакцию может лишь частица-«левша». И даже через 80 лет после того, как Майорана предположил, что нейтрино может представлять собой свою собственную античастицу, свидетельств этому так и не было получено. Если он был прав, то Кован и Рейнес нашли не антинейтрино, а правостороннее нейтрино. В последующие десятилетия, по мере дальнейшего развития физики, гипотеза Майораны приобрела дополнительный смысл. Теперь физики понимают, что эта гипотеза имеет значение не только для нейтринной физики, но и для некоторых важнейших вопросов физики частиц и космологии, пока что остающихся без ответа¹⁶⁰.

Луи Пастер сказал как-то, что «в области наблюдений удача вознаграждает лишь подготовленные умы». И Рэй Дэвис, и Фред Рейнес достаточно хорошо подготовили свои умы, однако удача благоволила Рейнесу (учитывая, как мало было известно о нейтрино в то время, это действительно был вопрос удачи). Но Дэвис, истинный ученый и отличный провидец, не сдался. Доказав самому себе, что его метод не позволяет выявить «реакторные» нейтрино (это доказательство заняло у него еще несколько лет), он обратил свое внимание к Солнцу.

* * *

Сидя в своем теплом цюрихском

уголке, Вольфганг Паули c огромным интересом наблюдал за развитием «славной революции». В конце концов, идея пространственной четности представляла собой одно из его основных наваждений; он признавался в наличии у себя «зеркального комплекса»¹⁶¹. За четыре года до начала революции, писал он сам позднее Карлу Юнгу, «в мире физики не происходило ничего, что могло бы заставить нас сфокусироваться на этом конкретном вопросе»¹⁶². Паули начал свое собственное исследование более глубокой формы симметрии, включавшей в себя не только пространственную четность (P), но и обращение времени (T), то есть течение времени в обратном направлении, и зарядовое сопряжение (C), представляющее собой превращение каждой частицы в системе в античастицу (в лабораторных условиях можно обратить время вспять на атомном уровне). Если система остается неизменной при зеркальном отображении всех этих трех свойств в одно и то же время – то есть при трансформации, которую Паули называл «сильным отражением», – значит, она обладает CPT-симметрией, или CPT-инвариантна.

В 1952 году Паули начал проверять, следуют ли этой симметрии фундаментальные уравнения квантовой механики и относительности, и наконец доказал истинность этого ближе к концу 1954 года¹⁶³. По сей день никакие эксперименты не смогли опровергнуть CPT-теорему Паули, и она считается его третьим великим вкладом в физику – после принципа запрета и предсказания нейтрино.

С учетом крушения принципа сохранения четности, и особенно с учетом той важной роли, которую сыграло в этом крушение «его» нейтрино, Паули и его новая теорема оказались у всех на устах¹⁶⁴. «Для многих физиков», по словам Т. Д. Ли, «CPT превратилась в краеугольную точку, вокруг которой вращалось все остальное»¹⁶⁵.

Если вы помните, Паули поделился с Юнгом идеей о зеркальной связи между психологией и физикой. «„Зеркальное отображение“ можно считать архетипом»¹⁶⁶ – заявил он в одном интервью в 1957 году, после того как стала известна новость о нарушении четности:

Это каким-то образом связано с физикой. Физика основана на зеркальной симметрии мышления и природы… [Во время работы над теоремой CPT] у меня были очень живые, почти парапсихологические мечты о зеркалах в те моменты, пока я занимался математическими вычислениями в течение дня… Я бы назвал это синхронностью особого рода, поскольку в каждом активном занятии всегда присутствуют подсознательные мотивы.

Вскоре после завершения своей исчерпывающей работы над теоремой Паули увидел, по его словам, «очень впечатляющий сон»¹⁶⁷:

Я нахожусь в какой-то комнате вместе с Темной Женщиной, и какие-то другие люди проводят там эксперименты с появлением отражений. Участники опытов воспринимают отражения как реальные объекты, но мы с Темной Женщиной знаем, что это всего лишь зеркальные образы. Это становится нашим общим секретом. Этот секрет наполняет нас ощущением понимания. После этого мы вдвоем с Темной Женщиной идем вниз по крутому горному склону…

В длинном письме Юнгу, отправленном в 1957 году, Паули подробно излагает этот сон и напоминает Юнгу о «китаянке», которую постоянно видел в своих снах и считал «особым отображением – возможно, парапсихологическим – „Темной Женщины“». Юнг вспоминал, что в более ранних снах у китаянки «был ребенок, однако „люди“ отказались это признать». Паули считал, что «другие люди» в его снах представляют его собственные «привычные возражения против определенных идей – и страх перед ними». Секрет, которым он делится с Темной Женщиной и который наполняет его пониманием, – это факт «отсутствия симметрии [объектов] и отражений во сне, поскольку самое главное как раз и связано с поиском различий между ними». Иными словами, сон говорит о нарушении пространственной четности.