Страницы жизни Ландау

Неподготовленному читателю трудно судить о значении трудов Ландау. Сошлёмся на статью о Льве Давидовиче, напечатанную в журнале «Успехи физических наук». Журнал для физиков, и статья написана физиком, академиком Гинзбургом, который хорошо знал Дау. «Талант Ландау так ярок, техника так отточена, что, казалось бы, он мог сделать ещё больше, решить ещё более трудные проблемы. Как-то к слову пришлось, и я сказал это Льву Давидовичу, но он, словно и раньше думал об этом, очень чётко ответил: «Нет, это неверно, я сделал, что мог». Л.Д. уверял также, что он не изобретатель и ничего не изобрёл. …Трезвый ум высокообразованного физика-теоретика как-то ортогонален по отношению к поискам в темноте».

В 50-е годы Л. Д. Ландау также занимался изучением принципиальных вопросов квантовой теории поля. Вопросы эти уже давно интересовали его. Ещё в 1930 и 1931 годах, во время первой командировки за границу, он вместе с Пайерлсом сделал две работы в этой области. В последующие годы Ландау не раз возвращался к проблемам квантовой теории поля. В 1955 году в Лондоне вышел сборник «Нильс Бор и развитие физики». В нём была помещена большая статья Ландау «О квантовой теории поля».

Работы 50-х годов, выполненные совместно с И. М. Халатниковым, И. Я. Померанчуком и А. А. Абрикосовым, обнаружили несостоятельность современной квантовой теории поля и поставили вопрос об изменении описания взаимодействия частиц.

Как известно, в основе современной квантовой теории лежит представление о точечности взаимодействия. Современная квантовая электродинамика не могла дать правильного описания точечного взаимодействия. Ландау и его ученики доказали, что квантовая теория поля с точечным взаимодействием лишена области применения. Эти работы дали теории элементарных частиц новое направление.

В эти годы Лев Давидович уделял много внимания теории элементарных частиц — новой области науки, в которой основные закономерности только нащупывались.

Одна такая работа была выполнена Ландау в конце 1956 года. Она связана с проблемой несохранения чётности во взаимодействиях элементарных частиц. В ней особенно ярко проявилось присущее Ландау умение использовать очень общие и простые принципы при анализе самых различных вопросов. Одним из таких принципов является принцип симметрии.

Л. Д. Ландау в санатории. Конец 50-х годов.

Речь идёт о симметрии по отношению к зеркальному отражению (закон сохранения чётности). До 1956 года считалось, что законы физики не меняются при отражении. Исследование радиоактивного распада ядра кобальта-60 показало, что это неверно. Ядро кобальта обладает так называемым спином, то есть собственным вращением. При радиоактивном распаде кобальта число электронов, вылетающих под разными углами к оси вращения, различно. Представим себе теперь ту же картину, отражённую в зеркале, перпендикулярном оси вращения ядра. Направление вращения при этом не изменится, но направление вылета электронов изменится. Если раньше электрон вылетал под углом ? к оси вращения (или, как говорят, спина) ядра, то в зеркальной картине он будет вылетать под углом 180°–? к этому направлению. Симметрия по отношению к отражению означает, что число электронов, вылетающих под двумя такими углами, должны быть одинаково. Опыт показал, что это не так.

Ландау объяснил это явление. Он сформулировал новый закон симметрии, получивший название закона сохранения комбинированной чётности. Суть его состоит в следующем.

Вспомним, что кроме электронов существуют такие же частицы, но с противоположным электрическим зарядом — позитроны. Каждой частице соответствует своя античастица. Ландау скомбинировал принцип зеркальной симметрии с этим принципом зарядовой симметрии.

Согласно новому принципу, законы физики не меняются, если вместе с зеркальным отражением одновременно заменить все частицы античастицами. Последующее развитие физики элементарных частиц показало, что и этот закон имеет свои границы. Если закон сохранения чётности, то есть симметрия по отношению к отражению, нарушается лишь в так называемых слабых взаимодействиях, ответственных за процессы радиоактивного ?-распада, то закон сохранения комбинированной чётности оказывается неверным в некоторых особых случаях превращений элементарных частиц, происходящих с очень малой вероятностью.

Так был открыт новый фундаментальный закон природы.

Так что симметрия «правого» с «левым» существует не сама по себе, а лишь объединённая с симметрией между частицами и античастицами.

В 1957 году один из ближайших учеников Ландау действительный член Академии наук СССР И. Я. Померанчук опубликовал работу, в которой утверждал: взаимодействия частиц и античастиц при высокой энергии одинаковы. Этот вывод, по словам Ландау, положил начало новому разделу науки — физике элементарных частиц предельно высоких энергий.