Путешествие в Зазеркалье

Многие уверены, что в зеркале они видят своего двойника. Но если присмотреться к нему повнимательней, то нетрудно заметить, как сильно он отличается от оригинала. У зеркального отображения приподнят правый угол рта, а не левый, да и нос у него смотрит в другую сторону. Левое и правое поменялись местами: сердце у человека из Зазеркалья находится справа, а селезенка - слева.

Человек несимметричный объект. Он не обладает пространственной симметрией и поэтому никогда не встретит в сказочной стране Зазеркалья полностью идентичного себе двойника.

А в мире элементарных частиц, как казалось физикам, все процессы совпадают со своими зеркальными двойниками.

Теперь же, после появления гипотезы Ли и Янга, предстояло устроить "очную ставку" процессу радиоактивного бета-распада ядер (оригинал) с его зеркальным изображением. Процесс распада ка-плюс-мезонов был неудобен для такой проверки из-за их малого времени жизни - 10^-10 секунды.

Для получения и изучения ка-мезонов понадобились сверхмощный ускоритель и огромные приборы для регистрации ядерных процессов. При участии этой впечатляющей техники и возникла знаменитая загадка "те- та-тау".

Разгадка этой тайны была найдена в простом, очень тонком, как говорят физики - настольном, то есть поставленном в лаборатории, вдали от ускорителя, эксперименте. Выбор пал на радиоактивный изотоп химического элемента кобальта. Он хорошо известен тем, что дал название медицинскому прибору - кобальтовой пушке.

Давно известно, что в результате слабого взаимодействия в ядрах кобальта при его бета-распаде нейтроны самопроизвольно превращаются в протоны и одновременно вылетают из ядра электроны и нейтрино, а вслед за ними - гамма-кванты, те самые, которые используются для лечения больных. При этом электроны вылетают преимущественно вдоль оси магнитного момента ядра. До 1956 года все физики считали оба направления вдоль оси равноправными - и прямое и обратное; ведь пространство-то однородно! Сколько электронов вылетает вправо, столько же и влево. То есть они считали, что процесс бета-распада ядра кобальта зеркально симметричен. После опытов с ка-мезонами зародилось в этом сомнение. Все надо было проверить на опыте. Но эксперимент можно было поставить лишь в том случае, если бы удалось все ядра кобальта выстроить так, чтобы магнитные моменты их совпадали с направлением внешнего магнитного поля, создаваемого катушкой. Тогда оставалось бы только сравнивать число электронов, попадающих в счетчик при одном направлении внешнего поля, с числом электронов при противоположном направлении поля. Это была бы, по сути дела, проверка существования зеркальной симметричности радиоактивного бета-распада кобальта.

Но атомные ядра не кегли, расставлять которые не составляет большого труда.

Может быть, есть еще способ ориентировки ядер? Один ученый хорошо сказал, что единственная "рукоятка", взявшись за которую можно поворачивать ядро атома, - это его магнитный момент. Но рукоятка эта так сильно сцеплена с магнитным моментом всего атома, что повернуть ее можно, только повернув весь атом.

Полгода длилась подготовка к штурму загадки "те-та-тау". В специальном криостате замирали атомы кобальта, замороженные до температуры на один лишь градус выше абсолютного нуля. Тепловое движение уже не могло мешать внешнему магнитному полю командовать атомным "парадом".

Руководила этим экспериментом американская ученая доктор By Цзянь-сюн из Колумбийского университета.

"Я помню, - рассказывал впоследствии Ф. Дайсон, - как в октябре 1956 года я встретил Янга и сказал ему: "Было бы все-таки здорово, если бы эти опыты By что-нибудь дали". - "Да, - ответил он, - это было бы здорово", - и продолжал мне рассказывать о своих вычислениях в теории неидеальных газов. Я думаю, что даже и он в то время не понимал ясно, насколько здорово это было бы".

Эксперимент By, на подготовку которого было затрачено полгода, длился всего пятнадцать минут. Едва физики включили аппаратуру, как сразу же поняли, что в слабых взаимодействиях принцип зеркальной симметрии пространства нарушается. Против направления магнитного поля электронов вылетало значительно больше, чем по его направлению.

Путешествие в Зазеркалье не совершилось! Неслыханное дело! Слабое взаимодействие отличало друг от друга правое и левое направления. Обнаруженный на опыте преимущественный вылет электронов в одном направлении, как и приметы несимметричности у человека, исключал существование зеркального двойника у процесса бета-распада атомных ядер. Действительно, в обычном зеркале, назовем его "Р-зеркалом", бета-распад ядра выглядел по-другому: там электроны вылетали в основном по направлению магнитного момента ядра. А такого процесса в природе не существует.

Трудно описать волнение физиков. Теоретики пытались осознать полученный результат. Экспериментаторы принялись исследовать другие процессы, связанные со слабым взаимодействием, которые еще не проверялись на "верность" принципу зеркальной симметрии. Еще тлела надежда, что еретический результат опыта с бета- распадом в других явлениях не подтвердится.

Но все измерения приводили к одному и тому же выводу: в сильных взаимодействиях принцип зеркальной симметрии непоколебим, а в слабых не действует.

Атомная физика впервые вскрыла ограниченную применимость некоторых законов механики Ньютона. И вот теперь в мире элементарных частиц обнаружилась неуниверсальность, ограниченность фундаментального принципа симметрии пространства.

Каким же теперь надо представлять наше пространство?

Неужели его идеальная однородность и его симметрия иллюзорны? И как это согласовать с тем, что все процессы в мире элементарных частиц подчиняются закону сохранения импульса, который как раз и есть следствие однородности пространства?