Перед физиками возникла поразительная дилемма: или нужно предположить, что два типа K-мезонов, неразличимые по свойствам, суть действительно две разные частицы с различными четностями (тета-мезон — с положительной, тау-мезон — с отрицательной), или остается заключить, что в одном из этих превращений нарушается четность.
Для большинства физиков в 1956 году вторая гипотеза казалась совершенно невероятной. Как мы видели в гл. 20, это означало бы, что в природе нарушается право-левая симметрия и отдается предпочтение одному из этих направлений. Кроме того, сохранение четности было надежно установлено во всех «сильных» (то есть ядерных и электромагнитных) взаимодействиях. В течение тридцати лет оно являлось весьма плодотворной концепцией квантовой механики. Проблема тета-тау являлась темой горячих дискуссий во время Рочестерской конференции по ядерной физике в Нью-Йорке в апреле 1956 года. Ричард Ф. Фейнман[51], физик из Калифорнийского технологического института, поднял вопрос: не нарушается ли иногда закон сохранения четности? В беседах с Фейнманом мне удалось узнать некоторые подробности, предшествовавшие возникновению этого исторического вопроса. О них стоит упомянуть.
Накануне этот же вопрос был задан Фейнману соседом по номеру в гостинице, физиком-экспериментатором Мартином Блоком. «Решение тета-тау-проблемы, — сказал Блок, — может быть очень простым. Быть может, милый нашему сердцу закон сохранения четности выполняется не всегда». На это Фейнман ответил, что тогда возникло бы фундаментальное неравноправие левого и правого. «Это было бы удивительно, — сказал Фейнман, — но я не могу показать, каким образом это предположение противоречит существующим экспериментальным данным». Он пообещал Блоку поднять этот вопрос на следующий день в дискуссии, чтобы кто-нибудь показал ошибочность этой гипотезы. И он так и сделал, начав свое выступление словами: «Я задаю этот вопрос от имени Мартина Блока». Фейнман считал эту гипотезу настолько интересной, что в случае ее справедливости авторство принадлежало бы Блоку.
На конференции присутствовали два молодых и талантливых физика — Ян Жэнь-нин и Ли Чжэн-дао, уроженцы Китая. Один из них взял слово и дал положительный ответ на вопрос Фейнмана.
— Что он сказал? — спросил Блок Фейнмана позже.
— Не знаю, — ответил Фейнман, — я не смог понять.
«Меня поддразнивали потом, — пишет Фейнман, — и говорили, что я предварительно сослался на Мартина Блока потому, что побоялся, что столь безрассудное предположение будет связано с моим именем. Я действительно считал эту гипотезу хотя и маловероятной, по возможной, и эта возможность интриговала меня. Спустя несколько месяцев Норман Рамзай, физик-экспериментатор, спросил меня, считаю ли я разумным его намерение поставить эксперимент с целью проверить, не нарушается ли четность в бета-распаде. Я ответил: „Конечно, да!“ Я был почти уверен, что четность не нарушается, но все же оставалась какая-то вероятность обратного, и выяснить это было очень важно. „Готовы ли вы поставить сто долларов против одного, что четность сохраняется?“ — спросил он. — „Нет, но пятьдесят — готов“. — „Для меня этого достаточно. Я принимаю ваше пари и поставлю такой эксперимент“. К сожалению, Рамзай не нашел времени для выполнения своего намерения, но мои пятьдесят долларов, возможно, послужили ему некоторой компенсацией упущенной возможности».
Летом 1956 года Ли и Ян внесли новый вклад в обсуждаемую проблему. В начале мая, когда они сидели в кафе «Белая роза» недалеко от угла Бродвея и 125-й улицы, в районе Колумбийского университета, им пришло в голову, что необходимо внимательно изучить все известные эксперименты по слабым взаимодействиям. Этим они и занимались несколько последующих недель. К своему изумлению, они обнаружили, что хотя имеются совершенно убедительные доказательства того, что в сильных взаимодействиях четность сохраняется, их совершенно нет для слабых взаимодействий. Поэтому они предложили несколько проверочных экспериментов. Все это было изложено в ставшей теперь классической работе «Вопрос о сохранении четности в слабых взаимодействиях»[52].
51
Для читателей, интересующихся математическими головоломками, я не могу не упомянуть о том, что Фейнман был в числе тех, кто впервые установил существование гексафлексагонов — этих выполненных, например, из согнутой бумаги геометрических тел, замечательных тем, что при изгибании они продолжают изменять свою конфигурацию. (См. гл. 1 моей книги «Scientific American Book of Mathematical Puzzles and Diversions».) Хотя гексафлексагон и
В 1949 г. Фейнман выдвинул гипотезу, состоящую в том, что позитрон представляет собой электрон, «движущийся попятно» во времени («Теория позитрона», Physical Review, 76, 1949, p. 749—759; перепечатано в «Квантовой электродинамике» Швингера, Dover, 1958). Затем были выдвинуты предположения о том, что вообще античастицы — это всего лишь обычные частицы, движущиеся по времени назад, и что в галактиках, состоящих из антивещества, время может изменяться в противоположном (по отношению к обычному) направлении.
В самом деле, если просматривать картину движения (например, вращающегося волчка) в обратном порядке, то результат совпадает с тем, что дало бы отображение в зеркале. Тем не менее имеются сильные возражения против того, чтобы обращение времени было привлечено для объяснения нарушения четности в слабых взаимодействиях. Ганс Рейхенбах в книге «Направление времени» называет позитронную теорию Фейнмана «наиболее серьезным ударом, который концепция времени в физике когда-либо получала вообще». Эта теория не только допускает обратное
52
Перевод этой статьи был опубликован в книге «Новые свойства симметрии элементарных частиц», выпущенной Издательством иностранной литературы в 1957 г. —