Почему мы существуем? Величайшая из когда-либо рассказанных историй

Нарушение четности при слабом взаимодействии можно уподобить принятому в обществе правилу, согласно которому мы пожимаем друг другу правую руку. У людей зазеркального мира рукопожатие выполняется левыми руками. Таким образом, реальный мир заметно отличается от своего зеркального отражения. Если бы токи в слабом взаимодействии обладали хиральностью, то само слабое взаимодействие могло бы различать правое и левое, и тогда в зазеркальном мире оно выглядело бы не так, как в нашем реальном мире.

Было проделано много работы – и возникло много путаницы, когда физики попытались в деталях разобраться, какие типы новых возможных взаимодействий могли бы заменить простое взаимодействие токов по Ферми, при котором задействованным частицам невозможно было приписать какую бы то ни было хиральность. Теория относительности допускает ряд возможных обобщений взаимодействия Ферми, но результаты различных экспериментов приводили к разным, взаимоисключающим математическим формам для искомого взаимодействия, так что казалось невозможным объяснить все эти результаты одним универсальным слабым взаимодействием.

Примерно в то же время, когда появились первые экспериментальные результаты по распаду нейтрона и мюона, позволяющие предположить, что четность при слабом взаимодействии нарушается в максимально возможной степени, в этой запутанной ситуации начал разбираться студент-выпускник Рочестерского университета Джордж Сударшан. Он предложил свою теорию универсального взаимодействия, которая могла бы заменить вариант Ферми, – и со временем выяснилось, что его теория верна, – однако из нее также вытекало, что по крайней мере некоторые экспериментальные результаты того времени ошибочны.

История эта завершилась в какой-то мере трагично. На конференции в Рочестере, через три месяца после того, как было открыто нарушение четности, и через год после того, как Ли и Янг представили свои первые мысли об удвоении четности, Сударшан подал заявку на выступление, чтобы представить свои результаты. Однако, поскольку он был всего лишь студентом, его заявка была отклонена. Его научный руководитель Роберт Маршак, в свое время предложивший Сударшану эту исследовательскую задачу, к тому моменту был поглощен уже другой задачей из области ядерной физики и предпочел провести вместо этого семинар по своей теме. Еще один сотрудник, которого попросили упомянуть в своем выступлении работу Сударшана, также забыл это сделать. Так что дискуссия о возможной форме слабого взаимодействия, проходившая на конференции, в конечном итоге ни к чему не привела.

Ранее, в 1947 г., Маршак первым предположил, что в экспериментах Сесила Пауэлла были открыты два разных мезона, один из которых представляет собой частицу, о существовании которой говорил Юкава, а второй – частицу, которая в настоящее время называется мюоном. Кроме того, Маршак был инициатором Рочестерских конференций и, вероятно, считал, что выпустить на ней с выступлением своего студента было бы фаворитизмом. К тому же, чтобы идея Сударшана работала, по крайней мере некоторые экспериментальные данные должны были оказаться ошибочными, поэтому, вполне возможно, Маршак решил, что представлять эту идею на конференции преждевременно.

Тем летом Маршак работал на корпорацию RAND в Лос-Анджелесе и позвал с собой Сударшана и еще одного студента. Два самых известных в то время в мире теоретика в области физики элементарных частиц – Фейнман и Гелл-Манн – работали в Калифорнийском технологическом, и оба они были одержимы разгадкой формы слабого взаимодействия.

Фейнман в свое время не открыл нарушения четности, потому что не стал упорствовать в поиске ответов на вопросы, которые сам же и задал, но с тех пор он успел понять, что его работа по квантовой электродинамике могла бы пролить свет на слабое взаимодействие. Он отчаянно стремился к этому, поскольку чувствовал, что его работа в области КЭД – это всего лишь хитроумное математическое упражнение, куда менее благородное, чем установление формы закона, управляющего одним из фундаментальных взаимодействий в природе. Однако гипотеза Фейнмана относительно формы слабого взаимодействия также, судя по всему, расходилась с экспериментальными данными того времени.

В 1950-е гг. именно Гелл-Манну суждено было предложить многие из важнейших в то время и надолго сохранивших свое значение идей в физике элементарных частиц. Он был одним из двух физиков, которые предположили, что протоны и нейтроны состоят из более фундаментальных частиц, которые Гелл-Манн назвал кварками. У него были собственные причины размышлять о четности и слабом взаимодействии. Основой его успеха в значительной части была сосредоточенность на новых математических симметриях в природе, и он, помимо прочего, использовал эти идеи, чтобы предложить новую возможную форму для слабого взаимодействия, но опять же его идея противоречила экспериментальным данным.