Охотники за нейтрино

Некоторые ученые пытались непосредственно определить, насколько редко антивещество встречается во Вселенной. Сэмюэл Тинг, специалист по физике частиц из Массачусетского технологического института (а также его коллеги), сконструировал прибор, который назвал «альфа-магнитный спектрометр» (AMS). В этом устройстве применяется огромный сверхпроводящий магнит и шесть сверхчувствительных детекторов, выискивающие ядра антигелия в космических лучах. Прототип спектрометра Тинга в 1998 г. был выведен на орбиту на борту шаттла Discovery под эгидой NASA. Прибор обнаружил миллионы ядер гелия, но ни одного ядра антигелия. Позже астронавты поставили полномасштабный эксперимент на оборудовании, которое в тысячу раз превосходило по чувствительности этот прототип. Работа была выполнена на международной космической станции в 2011 г. в ходе последнего полета шаттла Endeavor[35].

Ученые не одно десятилетие размышляли о том, почему же в природе присутствует столь мизерное количество антивещества – почему симметрия нарушается на таком базовом уровне. Концепция симметрии играет в науке важнейшую роль, и не менее принципиальное значение имеют законы сохранения. Еще в 1915 г. выдающаяся немецкая исследовательница математик Эмми Нётер первой осознала, что между феноменами симметрии и сохранения существует тесная связь. Несмотря на то что Нётер происходила из семьи математиков, в те годы женщине было нелегко заниматься наукой, приходилось бороться за это право. Девушка не имела возможность официально поступить в Университет Эрлангена (в этом городе родилась Эмми), поэтому она ходила на лекции вольнослушательницей, что не помешало ей блестяще сдать экзамены. Позже университет отменил подобные ограничения для студенток, но Нётер, хотя и получила докторскую степень с высшим баллом, все равно долго не могла устроиться на преподавательскую работу.

Эмми Нётер

(Science Photo Library)

Когда Нётер смогла выдвинуть свою кандидатуру на пост приват-доцента в Гёттингенском университете, один из сотрудников факультета протестующе заявил: «Что только подумают наши солдаты, когда вернутся с фронта в университет и будут вынуждены заниматься у ног женщины?!» Знаменитый математик Дэвид Гильберт – один из сторонников избрания Нётер – пришел в ярость от такой дискриминации и парировал: «Не понимаю, почему пол кандидата служит доводом против нее… ведь здесь университет, а не баня!» Но ему не удалось переубедить коллег, и Нётер была вынуждена довольствоваться должностью приглашенного преподавателя. После того как к власти пришел Гитлер, Нётер оказалась в числе первых преподавателей еврейского происхождения, потерявших работу и вынужденных бежать из страны. Она переехала в США в 1933 г. и получила профессорский пост в колледже Брин-Мор, штат Пенсильвания. Сегодня существует престижная студенческая стипендия для молодых исследователей, присуждаемая Немецким научно-исследовательским обществом, которая названа в честь Нётер.

Вскоре после прибытия в Гёттинген Нётер занялась изучением некоторых аспектов эйнштейновской общей теории относительности, опубликованной незадолго до этого. Нётер поняла, что симметрия подразумевает закон сохранения, и наоборот. Она предположила, что если в природе наблюдается та или иная симметрия или регулярность, то существует и закон, отвечающий за ее сохранение. Например, тот факт, что законы физики не изменяются с течением времени (в научной терминологии это явление называется «инвариантность»), подразумевает существование закона сохранения энергии. Действительно, когда бы вы ни бросили монетку с балкона – завтра или три недели назад, она упадет на землю с одним и тем же ускорением. Верно и обратное: поскольку в природе действует закон сохранения энергии, законы физики симметричны относительно времени. Открытие Нётер было настолько фундаментальным, что сегодня описанная ею закономерность называется «теорема Нётер». Лауреат Нобелевской премии по физике Леон Ледерман и Кристофер Хилл, его коллега по лаборатории Fermilab, писали в книге «Симметрия и прекрасная Вселенная» (Symmetry and the Beautiful Universe), что это «одна из важнейших когда-либо доказанных математических теорем, определивших развитие современной физики, сопоставимая, пожалуй, только с теоремой Пифагора».