Лоуренс Максвелл Краус - Таємниці походження всесвіту

успіху він завдячував зосередженню на нових математичних симетріях у природі, і з-поміж іншого вчений використав ці ідеї для створення нової можливої форми слабкої взаємодії, проте знов-таки його ідея суперечила даним експериментів.

Під час перебування в Лос-Анджелесі Маршак улаштував обід Сударшана з Гелл-Манном для обговорення їхніх ідей. Вони також зустрілися з видатним експериментатором Феліксом Боемом, чиї експерименти, за його словами, уже узгоджувалися з їхніми ідеями. Від Гелл-Манна Сударшан та Маршак дізналися, що його ідеї узгоджувалися з пропозицією Сударшана, проте в найкращому випадку Гелл-Манн планував включити згадку про це лише в один з абзаців довгої оглядової статті на тему слабкої взаємодії.

Тим часом Маршак і Сударшан готували статтю, присвячену їхній ідеї, і Маршак вирішив приберегти її для презентації на міжнародній конференції в Італії восени. Дізнавшись від Боема про нові експериментальні дані, Фейнман у досить-таки сильному збудженні вирішив, що його ідеї правильні, і почав писати свою статтю на цю тему. Гелл-Манн, який мав украй змагальну вдачу, вирішив, що, якщо Фейнман пише статтю, він має написати свою. Урешті-решт керівник їхнього факультету переконав їх, що вони мають писати статтю разом, і це вони й зробили, і ця їхня стаття стала знаменитою. Хоча в ній Фейнман і Гелл-Манн віддавали належне Сударшану й Маршаку за дискусії, у збірнику тез конференції стаття останніх була розташована ближче до кінця й не могла конкурувати за увагу спільноти.

Пізніше, 1963 року, Фейнман, який намагався бути щедрим з ідеями, публічно заявив: «Цю… теорію відкрили Сударшан і Маршак, а опублікували її Фейнман і Гелл-Манн…» Проте це було наче мертвому припарка. Навіть на піку слави Сударшану було б складно змагатися за популярність із Фейнманом та Гелл-Манном, тож йому довелося впродовж багатьох років жити з усвідомленням, що універсальна форма слабкої взаємодії, яку відкрили двоє з героїв світової фізики, уперше й значно більш упевнено була запропонована саме ним.

Теорія Сударшана, чудово роз’яснена в статті Фейнмана й Гелл-Манна, стала відома під назвою V-A-теорії слабкої взаємодії. Причина вибору такої назви вимагає довгих пояснень і стане зрозумілішою в наступних розділах, проте фундаментальна ідея проста, хоч і звучить одночасно сміховинно й безглуздо: струми в теорії Фермі мають бути «ліворукими».

Щоб зрозуміти цю термінологію, пригадаймо, що у квантовій механіці елементарні частинки на кшталт електронів, протонів та нейтрино мають обертальний кутовий момент – поводяться, наче вони обертаються, хоча з точки зору класичної фізики точкову частинку без протяжності не можна зобразити такою, що обертається. Тепер розглянемо напрямок їх руху та на мить зробимо вигляд, що частинка схожа на дзиґу, яка обертається довкола своєї осі. Простягніть праву руку й виставте великого пальця в напрямку руху частинки. Тоді зігніть решту пальців. Якщо вони згинаються в тому ж напрямку (проти годинникової стрілки), у якому частинка/дзиґа обертається стосовно напрямку руху, то частинку називають праворукою. Якщо ви простягнете ліву руку й зробите те саме, ліворука частинка обертатиметься за годинниковою стрілкою, що збігатиметься з напрямком згину пальців на вашій лівій руці:

Точно так само, як у дзеркалі ваша ліва рука виглядатиме як права, якщо ви подивитеся на дзеркальне відображення стрілки, що обертається, напрямок її руху буде протилежним, тобто, якщо в реальному світі стрілка від вас віддаляється, у дзеркалі вона рухатиметься до вас, проте напрямок її обертання не зміниться. Таким чином, у дзеркалі ліворука частинка перетворюється на праворуку (а отже, якби бідолахи з Платонової печери мали дзеркала, їх би не настільки здивувала зміна орієнтації тіней стрілок).

Ця робоча картина ліворуких частинок не є строгою, адже, якщо над нею замислитися, станеться, що ліворуку частинку можна перетворити на праворуку, просто рухаючись швидше за неї. У системі відліку, у якій особа в стані спокою спостерігає за частинкою, що пролітає повз неї, остання може рухатися ліворуч. Проте якщо заскочити в ракету та полетіти ліворуч і пролетіти повз цю частинку, то стосовно вас вона рухатиметься праворуч. Таким чином, наведений вище опис правильний лише для частинок, які не мають маси, а відтак рухаються зі швидкістю світла. Адже, якщо частинка рухається зі швидкістю світла, ніщо не може рухатися настільки швидко, щоби пролетіти повз неї. Математично визначення ліворукості має все це враховувати, проте нам із вами перейматися цим ускладненням більше немає потреби.

Електрони можуть обертатися в будь-якому напрямку, проте математично з V-A-взаємодії випливає, що «відчувати» слабку силу й брати участь у нейтронному розпаді можуть лише такі рухомі електрони, чиї струми є ліворукими. Праворукі струми не відчувають цієї сили.

Ще більш приголомшливим є те, що нейтрино відчувають лише слабку силу й жодну іншу. Наскільки ми можемо судити, нейтрино бувають лише ліворукими. Ідеться не про те, що лише один різновид нейтринного струму вступає в слабку взаємодію. Досі в усіх до єдиного експериментальних спостереженнях не було виявлено жодного праворукого нейтрино, що можна вважати найяскравішою демонстрацією порушення парності в природі.

Для мене удавана дурість цієї номенклатури була підкреслена багато років тому, під час перегляду епізоду серіалу «Зоряний шлях: Глибокий космос 9», у якому офіцер із науки цієї космічної станції виявляє, що в ігорному казино щось негаразд із законами ймовірності. Вона пропускає крізь заклад нейтринний промінь і на виході спостерігає тільки ліворукі нейтрино. Очевидно, що щось тут не так.

За винятком того, що так воно насправді і є.

Що не так із природою? Як так сталося, що принаймні для однієї з фундаментальних сил лівий бік відрізняється від правого? Проста відповідь на ці запитання така: ми наразі не знаємо, хоча від цього в остаточному підсумку залежить саме наше існування, яке спирається на природу відомих сил. Це одна з причин, чому ми намагаємося це з’ясувати. Відкриття нової сили призвело до нової головоломки, і, як і більшість головоломок у науці, ця зрештою надала ключ, який указав фізикам новий шлях пізнання. Дізнавшись, що природі бракує ліво-правої симетрії, яку всі звикли вважати фундаментальною, фізики були змушені переглянути, як симетрії проявляються у світі і, що важливіше, як вони не проявляються.