Охотники за нейтрино

Дирак был настолько немногословен, что коллеги даже в шутку выдумали единицу «дирак», соответствующую минимальному количеству слов в час, которое может процедить человек, не выпадая при этом из разговора. Нильс Бор, один из пионеров квантовой физики, в сердцах отзывался об этой невероятной молчаливости коллеги: «Ох уж этот Дирак, он так много знает о физике, только вот ни слова не говорит». Существует множество исторических анекдотов о причудливых нравах Дирака, особенно о его предельно рассудочных и буквалистских реакциях – некоторые исследователи даже полагают, что причиной такого поведения мог быть аутизм. Однажды на научной конференции, проходившей в замке, кто-то из участников сострил, что в одном из покоев этого замка в полночь, кажется, шастало привидение. Дирак в ответ со всей серьезностью осведомился: «Это было в полночь по Гринвичу или по летнему времени?» Другой анекдот рассказывает о Дираке и Вернере Гейзенберге – одном из основателей квантовой физики, который наиболее известен тем, что сформулировал принцип неопределенности. Однажды Гейзенберг и Дирак вместе отправились на конференцию в Японию на круизном корабле. Между ними произошел случай, отлично характеризующий занудство Дирака. На борту устраивали танцы, и импозантный Гейзенберг с удовольствием в них участвовал. Как-то раз Дирак спросил Гейзенберга: «Почему вы танцуете?» Гейзенберг ответил: «Ну, там же милые девушки, просто приятно». Дирак призадумался и, помолчав, поинтересовался: «А откуда вы заранее знаете, что они милые?» Кроме того, Дирак был известен своим критическим отношением к религии, в особенности – сомнениями в ее истинной цели. Однажды, когда Дирак выступил с резкой критикой религиозности, присущей некоторым физикам, присутствовавший при этом Вольфганг Паули отметил: «Нет, у нашего друга Дирака есть религия, и главный догмат этой религии гласит: “Нет никакого Бога, и Дирак – пророк Его”». Все присутствовавшие рассмеялись – даже сам Дирак.

В 1928 г., работая в Кембридже, Дирак вывел математическое уравнение, которое описывало поведение электрона, опираясь на две молодые физические теории – Специальную теорию относительности и квантовую механику. Однако, к немалому удивлению, а поначалу и к досаде самого Дирака, это уравнение свидетельствовало, что в природе должен существовать положительно заряженный аналог электрона. Сначала Дирак решил, что на эту роль вполне подходит протон. В конце концов, в те годы наука еще не знала других элементарных частиц. Однако казалось, что такое уравнение предполагает точную симметрию между двумя частицами: гипотетическая положительная частица должна была иметь такую же массу, как и электрон. Поскольку протон примерно в 2000 раз тяжелее электрона, эти частицы едва ли можно было считать парными.

К 1930 г. другие ученые также стали сомневаться в исходной гипотезе Дирака о том, что протон является положительным аналогом электрона. Так, Дж. Роберт Оппенгеймер, который в годы войны возглавил Манхэттенский проект, созданный для разработки ядерного оружия, и советский физик Игорь Тамм обнаружили еще более серьезную проблему, связанную с интерпретацией Дирака. Работая независимо друг от друга, Тамм и Оппенгеймер пришли к выводу, что если бы описываемые уравнением Дирака частицы-антиподы столкнулись, то выделилась бы масса энергии и произошло явление, которое физики именуют аннигиляцией. Если бы протон действительно был положительным аналогом электрона, то стабильных атомов бы попросту не существовало, так как две эти частицы не могли бы существовать бок о бок. Годом позже сам Дирак предположил, что единственное логичное объяснение его уравнения требует признать существование иной частицы, которую сам Дирак назвал «антиэлектрон».

Действительно, Дирак осознал, что его уравнение проливает свет на существование «совершенно новой разновидности вещества». У каждой частицы должна быть ровно одна античастица, своеобразное «зеркальное отражение». Античастице необходимо обладать такой же массой, как и частице, но остальные свойства этих частиц (например, электрический заряд) должны быть противоположными. Более того, уравнение Дирака предполагало, что при наличии достаточного количества энергии пары частиц и античастиц могут возникать спонтанно, что поначалу казалось физикам невероятным.