Воспоминания

В квантовой теории элементарных частиц известны два метода описания элементарных частиц со спином 1/2 (фермионов). Один из этих методов, исторически первый, принадлежит Дираку, это «теория дырок», в которой античастицы рассматриваются как вакансии («дырки») в ненаблюдаемом море частиц отрицательной энергии. Другой метод — квантовой теории поля — рассматривает частицы и античастицы равноправно. Я считал, что необходимо ограничиваться такими теориями, в которых применимы оба метода и они эквивалентны. Большинство теорий, рассматривавшихся до сих пор, удовлетворяли этому критерию. Из теории «дырок» следует закон сохранения общего числа фермионов, и никак нельзя допустить такого процесса, как распад икс-бозона на два кварка. Поэтому я с сомнением относился к теории Джорджи — Глешоу, а в качестве механизма распада протона предполагал распад на три лептона (каждый кварк превращается в лептон), с выполнением закона сохранения числа элементарных фермионов (кварков и лептонов). Но теперь (в момент, когда я это пишу) мне кажется, что все это построение — заблуждение. Нет никакого закона сохранения числа фермионов, так как опыты по проверке принципа эквивалентности не обнаруживают никакого поля, сопутствующего фермионам. А значит, не надо требовать эквивалентности «теории дырок» и метода квантовой теории поля. Наиболее правдоподобной тогда оказывается теория GUT с возможным распадом протона на позитрон (в некоторых вариантах теории — преимущественно мю-плюс-мезон) и гамма-кванты (но тоже без нового точного закона сохранения разности числа барионов и лептонов, который предполагается в некоторых вариантах GUT) и с объяснением барионной асимметрии Вселенной через распад бозонов по двум конкурирующим каналам в качестве главного механизма.

Обидно, что из-за этих (и других) заблуждений я не смог довести до конца одну из лучших своих работ!

У работы 1967 года, наряду с фотонно-барионным отношением, была и еще одна предпосылка — гипотеза о «космологической CPT-симметрии». Я предположил, что все процессы во Вселенной CPT-симметричны относительно точки бесконечной плотности. Это — один из возможных ответов на вопрос, что было до момента «начального» состояния бесконечной плотности. Дальнейшее обсуждение CPT-отражения — в моей работе, опубликованной в 1980 году.[97] Космологическое CPT-отражение — это единственная возможность тождественного обращения времени, в соответствии с теоремой Паули–Людерса. Надо ли требовать именно тождественного обращения — отдельный вопрос, на который я не знаю ответа.

Из космологической CPT-симметрии с необходимостью следует точное равенство нулю начальных значений всех сохраняющихся зарядов (формальное доказательство — в статье 1980 года, но по существу это ясно и так), тем самым — динамическое происхождение барионной асимметрии. Для меня именно эта предпосылка была главной. Теперь она уже не кажется мне таковой. По-прежнему будучи уверен в динамическом объяснении барионной асимметрии, я сомневаюсь в гипотезе CPT-отражения, более того — я считаю ее неверной.

Я считаю также теперь, что нарушение CP-симметрии не заложено в основных уравнениях теории, а есть следствие некой неустойчивости CP-симметричных решений, это так называемое спонтанное нарушение симметрии, предполагаемое теоретиками для очень многих свойств симметрии. Если это так, то во Вселенной могут возникнуть области с разными знаками CP-симметрии и, соответственно, — с разными знаками барионной асимметрии. Размеры барионных и антибарионных областей для согласия с наблюдениями должны быть гигантскими (миллиарды световых лет в нашу эпоху). Подчеркну, что это совсем другая картина, чем та, которая предполагалась в старых гипотезах с пространственным разделением вещества и антивещества из зарядово-нейтральной плазмы.

В модели замкнутой Вселенной суммарные объемы барионных и антибарионных областей в теории со спонтанным нарушением симметрии могут быть различными. В частности, не исключено, что наблюдаемая нами область охватывает всю Вселенную.

Несколько слов о дальнейшем развитии проблемы барионной асимметрии Вселенной. Возникновение барионной асимметрии, сопровождающееся нарушением закона сохранения барионного заряда, является абсолютной необходимостью в теории раздувающейся Вселенной. Даже если до раздувания плотность сохраняющегося барионного заряда была отлична от нуля, в ходе раздувания она уменьшилась бы до пренебрежимо малой величины, гораздо меньшей, чем наблюдаемая плотность. Сам факт существования барионной асимметрии свидетельствует об отсутствии в природе закона сохранения барионного заряда (сейчас это единственное свидетельство).