Удивительные числа Вселенной. Путешествие за грань воображения

Через шесть месяцев после открытия нейтрино мир физики был потрясен еще более замечательным экспериментом. Руководила им Ву Цзяньсюн, которую обычно называли мадам Ву. Она выросла в китайском городке Люхэ, недалеко от устья Янцзы, в семье учителя и инженера, которые активно поощряли ее стремление к науке. В этой прогрессивной среде она получила хорошее образование. Позже она сказала в интервью журналу Newsweek: «В китайском обществе женщин оценивают исключительно по их достоинствам. Мужчины поощряют их преуспевание, и им не приходится ради успеха изменять свои женские качества». Но когда она в 1936 году приехала в США, чтобы поступить в докторантуру в Мичиганском университете, она столкнулась совсем с иной ситуацией. Студенткам не разрешалось входить в новый студенческий центр через парадный вход – им приходилось пробираться через боковой. Ву была так потрясена сексизмом, что отправилась на Западное побережье, в Калифорнийский университет в Беркли, где отношение к женщинам было более либеральным. Но даже там у нее возникали сложности, поскольку, по мнению других людей, ученые должны выглядеть не так. Ву была хорошенькой и миниатюрной, газета Oakland Tribune сообщала, что она больше похожа на актрису, чем на ученого. Но, несмотря на все предубеждения, она заработала себе серьезную репутацию физика-ядерщика. Вскоре ее стали сравнивать с Марией Кюри, польским химиком, которая открыла первые секреты радиоактивности; с той самой женщиной, которой Ву восхищалась больше, чем кем-либо другим.

К середине 1950-х Ву проводила эксперименты с бета-распадом в своей низкотемпературной лаборатории в Вашингтоне. Двое ее китайских коллег, теоретики Фрэнк Янг и Ли Чжэндао, предложили ей поискать нечто совершенно неожиданное: спросить Вселенную, есть ли в ней разница между левым и правым. Представьте, что Вселенная отразилась в зеркале, где мы меняем местами лево и право[119]. Окажется ли там физика иной? В то время большинство ученых полагало, что нет. Электрон по-прежнему будет притягиваться к протону и отталкиваться от других электронов. Земля по-прежнему будет вращаться по эллиптической орбите вокруг Солнца. Смерть и налоги по-прежнему будут существовать[120]. Но когда Ву провела эксперимент, предложенный Янгом и Ли, она заметила, что при бета-распаде всегда вылетают левые электроны. Если смотреть в направлении движения, то левый электрон – тот, который кажется вращающимся против часовой стрелки, а правый – вращающимся по часовой стрелке[121]. Результат Ву доказал, что наша Вселенная может установить разницу между левым и правым, между движением по часовой стрелке и против нее. Он заявил: если вы войдете в зеркальный мир, физика изменится. Изменится не все: гравитация, электромагнетизм и сильное взаимодействие останутся прежними. Но слабое взаимодействие начнет вести себя иначе.

За это открытие Янг и Ли вскоре получили Нобелевскую премию, однако вклад Ву по необъяснимым причинам остался обойден вниманием. Оба теоретика осознавали нелепость такого решения и неоднократно номинировали ее на премию в дальнейшем, но безуспешно[122]. После новаторского эксперимента Ву левое и правое стали иметь значение, а это означало, что требовалось обратить внимание на теорию Ферми. Гарвардский физик Роберт Маршак и его индийский студент Джордж Сударшан придумали универсальный рецепт для слабого взаимодействия, известный под названием V-A теории[123]. По духу она была близка к идее Ферми, но показывала разницу относительно зеркального отражения. Теория одинаково хорошо работала как для распадов с участием электронов, так и для распадов с участием их более тяжелых собратьев – мюонов. Хотя нет сомнений в том, что первыми эту теорию создали Маршак и Сударшан, признание по большей части ушло к эксцентричной паре из Калифорнийского технологического института. Фейнман и Гелл-Манн разрабатывали схожие идеи примерно в то же время, а опубликовали их раньше. Они также были немного шумнее друзей из Гарварда. Это соперничество несколько ухудшило отношения между ними. После того как Фейнман сделал характерный для него стильный доклад о своей работе в Американском физическом обществе, Маршак схватил микрофон. «Я был первым! – кричал он. – Я был первым!» Фейнман невозмутимо ответил: «Я знаю только, что я был последним»[124].

Так же как в теории Ферми, в V-A теории силы действуют на бесконечно малых расстояниях, частицы соприкасаются в одной точке. Но мы знаем, что на самом деле взаимодействия работают не так: всегда есть какой-то переносчик. Почему же эксперимент подтвердил V-A теорию? Представьте голливудскую модницу, посылающую другу воздушный поцелуй; при этом губы не соприкасаются. Если эта модница предпочитает воздушные поцелуи на совсем близком расстоянии, издалека может показаться, что касание есть. Аналогичным образом возникает и V-A теория. Может показаться, что частицы соприкасаются, но лишь потому, что переносчик действует на очень малом расстоянии: он слишком тяжелый.