Загадки микромира

Это было необыкновенно смелое заявление. Два американских физика подвергли тем самым сомнению незыблемый доныне закон сохранения пространственной четности. Новая гипотеза дерзко провозглашала, что в распаде ка-мезона при слабом взаимодействии нарушалась зеркальная симметрия пространства!

Так, значит, пространство неоднородно?! В это невозможно было поверить. Ведь все другие эксперименты подтверждали строгое выполнение закона сохранения четности и в атомных явлениях, и в сильных взаимодействиях между частицами!

Ли и Янг первыми поняли, что все проверки принципа зеркальной симметрии «могут не иметь цены в этой не исследованной еще области исчезающе слабых взаимодействий».

Раскрытию существования в природе слабого взаимодействия, которое в сто миллиардов раз слабее электромагнитного, «уже сопутствовало временное сомнение в справедливости закона сохранения энергии». Помните, при каких обстоятельствах было провозглашено и открыто нейтрино? Теперь же слабое взаимодействие покушалось еще на один фундаментальный принцип природы.

Известный физик-теоретик Ф. Дайсон вспоминал, что он «прочел статью Янга и Ли еще в рукописи дважды и сказал: „Это очень интересно“, или еще какие-то слова в этом роде. Но у меня не хватило воображения воскликнуть: „Бог ты мой, да ведь если это правда, то это открывает целую новую область в физике!“ И я думаю, что все остальные физики, за очень небольшими исключениями, были в то время так же лишены воображения на этот счет, как и я».

Даже гипотеза, не вызывающая возражений, буквально витающая в воздухе, и та не получает права гражданства, пока не подтвердится на опыте. А что уж говорить об этой принятой в штыки идее.

Все должен был решить эксперимент, в котором прямо бы проверялась зеркальная симметрия пространства.

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 «тета-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.