Лоуренс Максвелл Краус - Таємниці походження всесвіту

Такою була ситуація навесні 1956 року, коли відбулася Міжнародна конференція з фізики високих енергій, яка щорічно збиралась у Рочестерському університеті. 1956 року вся спільнота фізиків, які цікавилися ядерною фізикою та фізикою елементарних частинок, могла поміститися в одній університетській лекційній залі, тож усі ці вчені, зокрема всі основні гравці, традиційно приїздити на цю щорічну зустріч. Цього разу сталося так, що в одній кімнаті опинилися Річард Фейнман та Марті Блок. Як експериментатор, Блок не був настільки обтяжений можливою єрессю, властивою ідеї, що якась сила природи не була сліпою до розрізнення правого й лівого боку, тож він спитав Фейнмана, чи може бути так, що слабка взаємодія, яка керує виявленими Пауеллом розпадами, може відрізняти лівий бік від правого. Це дало б можливість одній частинці розпадатися на стани з різною парністю, а отже, тау-й тета-мезони могли бути тією самою частинкою.

Блоку бракувало зухвалості підняти це питання на відкритому засіданні, а от Фейнман це зробив, хоча сам особисто вважав це дуже малоймовірним. Янг відповів, що вони з Лі про це думали, але досі з цієї ідеї нічого не вийшло. Юджин Вігнер, який пізніше здобуде Нобелівську премію за роз’яснення важливості речей на кшталт парності для атомної та ядерної фізики, також був присутній і також поставив аналогічне питання щодо слабкої взаємодії.

Проте всі лаври дістаються переможцеві, і одна справа – теоретизувати щодо можливого порушення парності новою силою природи, здатною відрізняти лівий бік від правого, а зовсім інша – продемонструвати це. Через місяць Лі та Янг сиділи в нью-йоркському кафе й вирішили вивчити всі відомі експерименти, пов’язані зі слабкою взаємодією, аби перевірити, чи бодай якийсь із них може перекреслювати можливість порушення парності. На їхній величезний подив виявилося, що жоден експеримент не давав на це запитання чіткої відповіді.

Як пізніше казав Янг, «той факт, що збереження парності за слабкої взаємодії так довго бралося на віру без експериментальних підтверджень, приголомшував. Проте ще приголомшливішим була перспектива порушення так добре вивченого фізиками закону симетрії простору-часу. Ця перспектива нас не захоплювала».

До честі Лі та Янга, вони запропонували ціле розмаїття експериментів, які могли б перевірити можливість того, що слабка взаємодія розрізняє правий і лівий боки. Вони запропонували розглянути бета-розпад нейтрона в ядрі кобальта-60. Оскільки це радіоактивне ядро має ненульовий обертальний кутовий момент, тобто поводиться так, наче воно обертається, то також поводиться як маленький магніт. У зовнішньому магнітному полі ці ядра вишиковуються в напрямку поля. Якщо електрон, випущений при розпаді нейтрона в ядрі, переважно опиняється в якійсь одній півкулі, це буде ознакою порушення парності, оскільки в дзеркалі електрони опинятимуться в протилежній півкулі.

Якщо це було так, то вийшло б, що на фундаментальному рівні природа здатна відрізняти правий бік від лівого. Отже, створені людьми відмінності між ними (наприклад, зло проти добра) не є повністю штучними. Таким чином, світ у дзеркалі можна відрізнити від реального світу, або ж, як пізніше поетично висловився Річард Фейнман, можна скористатися цим експериментом, щоб надіслати повідомлення марсіянинові з поясненням, де розташоване «ліворуч» – скажімо, там, де перебуває півкуля, у якій за спостереженнями виникає більшість електронів, – без необхідності показувати це графічно.

На той час це здавалося настільки притягнутим за вуха, що багато кого з фізичної спільноти це потішило, проте ніхто не побіг виконувати цей експеримент. Ніхто, крім колеги Лі з Колумбійського університету, експериментаторки Ву Цзяньсун, також відомої як Мадам Ву.

Навіть нині ми сумуємо через брак фізиків-жінок, що їх випускають американські освітні заклади, а 1956 року ситуація була значно гірша. Якщо вже на те пішло, аж до кінця 1960-х років жінок навіть не приймали на бакалаврат у заклади Ліги плюща.[7] Майже через тридцять років після приїзду Ву з Китаю для навчання в Берклі в 1936-му в присвяченій їй статті в «Newsweek» вона зазначала: «Це ганьба, що в науці так мало жінок… У Китаї у фізиці багато, багато жінок. В Америці побутує хибне уявлення, що жінки-науковці – неохайні старі дівки. Це провина чоловіків. У китайському суспільстві жінку цінують за те, ким вона є, і чоловіки заохочують її до звершень, проте при цьому вона завжди лишається жіночною».

Хай там як, Ву була експертом із нейтронного розпаду, і коли вона від своїх друзів Лі та Янга дізналася про порушення парності в слабкій взаємодії, її заінтригувала бентежна можливість пошукати її. Вона скасувала відпочинок із чоловіком у Європі, і в червні, через місяць після того, як Лі та Янг вперше подумали про цю проблему, заходилася експериментувати, і вже до жовтня того ж року – у тому ж місяці, коли вийшла друком стаття Лі та Янга – вона з кількома колегами зібрала необхідне для проведення експерименту обладнання. Через два дні після тогорічного Різдва вже був результат.

У наші часи від розробки експерименту з фізики елементарних частинок до його завершення можуть минути десятиліття, проте в 1950-х роках усе було не так. Також то був час, коли фізики, судячи з усього, не переймалися взяттям відпусток. Попри свята, п’ятничні «китайські обіди», що їх організовував Лі, тривали, і в першу п’ятницю після Нового року Лі оголосив, що група Ву в результаті експерименту відкрила не просто порушення парності, а максимально можливе її порушення. Результат був настільки несподіваним, що група Ву продовжувала роботу, аби пересвідчитися, що їх не ввела в оману якась експериментальна помилка.

Водночас Леон Ледерман із колегами Діком Ґарвіном та Марселем Вайнріхом, які також працювали в Колумбійському університеті, збагнули, що вони можуть перевірити результати своїх експериментів із піонними та мюонними розпадами на університетському циклотроні. Уже за тиждень обидві групи, а також Джеррі Фрідман та Вел Телегді в Чикаго незалежно підтвердили одержаний результат із великою впевненістю й до середини січня 1957 року подали свої статті до «Physical Review».