по «отражениям» они проводили изящные и трудоемкие вычисления по другой, гораздо менее известной работе по статистической физике и уделяли ей не меньше внимания; Янгу, совместно с Миллсом, принадлежит еще одна фундаментальная работа — о так называемых калибровочных полях). До Ли и Янга в физике элементарных частиц считалось самоочевидным и бесспорным, что существует три точных дискретных симметрии (слово «дискретная» тут антоним слова «непрерывная»; пример непрерывной симметрии — симметрия относительно вращения шара или цилиндра):
1) Симметрия относительно так называемого Р-отражения (пространственного), эквивалентного отражению в зеркале (т. е. предполагалось, что все, что мы видим в зеркале, может происходить и в реальном мире).
2) Симметрия относительно С-отражения, отображающего частицы в античастицы. Другое название С-отражения — зарядовое сопряжение, так как заряды (электрический, барионный, лептонный) частиц и античастиц противоположны. Все процессы с участием античастиц, согласно этому предположению, должны происходить так же, как процессы с частицами.
3) Симметрия относительно Т-отражения, меняющего направление процесса на обратное, превращающего, например, распад частицы на две частицы в их слияние.
Идея Ли и Янга была необыкновенно смелой и плодотворной. Они высказали мысль, что все эти симметрии являются приближенными; в особенности они подчеркнули, что в слабых взаимодействиях, возможно, сильно нарушаются Р-симметрия и С-симметрия, а в сильных, гравитационных и электромагнитных взаимодействиях симметрии не нарушаются. Эта идея имела огромное значение для всей физики элементарных частиц, стимулировала множество экспериментальных и теоретических исследований.
Еще за несколько лет до этого Паули и Людерс установили, что из основных принципов квантовой теории поля следует симметрия относительно совместного преобразования С, Р и Т (так называемая СРТ-симметрия). Затем этот вывод был сильно подкреплен другими авторами. Поэтому физики имеют некий рубеж, дальше которого им, по всей вероятности, отступать не придется. Но сначала была сделана попытка «закрепиться на промежуточном рубеже». Ряд авторов, среди них Ландау и Салам, высказали предположение, что точной симметрией является «комбинированная симметрия» СР. Предпосылка, из которой при этом исходил Ландау — равенство нулю массы нейтрино, — по-видимому, неправильна. Но сама идея оказалась плодотворной, и вскоре на ее основе была построена теория слабых взаимодействий (для процессов с изменением заряда частиц, в частности — бета-распада), хорошо согласующаяся с опытом.
СР-симметрия (или инвариантность — это синоним) означает, что любой процесс с античастицами происходит так же, как процесс с частицами, если античастицы расположены и двигаются в пространстве зеркально-симметрично по сравнению с частицами. Как следствие, полная вероятность любой реакции превращения частиц одинакова для частиц и античастиц (таким образом, для проблемы барионной асимметрии следствия СР-симметрии были бы такими же, как С-симметрии).
Между тем, червь сомнения, порожденный Ли и Янгом, продолжал свою работу… Начались проверки «комбинированной» СР-симметрии (можно сказать, частично комбинированной, если СРТ-инвариантность называть полно комбинированной). При этом одновременно решалась судьба Т-инвариантности — в силу СРТ-теоремы Паули–Людерса, либо одновременно и СР и Т симметрии точные, либо обе эти симметрии приближенные.
Физики усиленно искали явления, в которых происходит нарушение СР-симметрии и Т- симметрии. Как я уже писал, таким явлением оказался распад ка-лонг-мезона на два пи- мезона. Я не буду объяснять, почему этот распад свидетельствует о нарушении СР-симметрии. Через несколько лет было открыто другое явление, где нарушение СР-симметрии и отличие частиц от античастиц проявляются более наглядно. Среди многих способов распада ка-лонг- мезона существуют два способа (как говорят — два канала), являющиеся СР- или С- отражением друг друга, — распад на пи-плюс-мезон, электрон и нейтрино и распад на пи- минус-мезон, позитрон и антинейтрино (мы будем интересоваться полными вероятностями каждого канала, поэтому СР- и С-симметрии для нас эквивалентны).
Оказалось, что полные вероятности распада по этим двум каналам отличаются на 0,6%! Это как раз эффект того типа, который был мне необходим для объяснения возникновения барионной асимметрии Вселенной из нейтрального состояния.
Первая известная мне работа, в которой обсуждаются следствия сохранения СРТ- симметрии и нарушения СР- и С-симметрии, принадлежат Соломону Окубо. Он (с конкретными примерами) формулирует следующие утверждения:
Пусть некое состояние (частица) А распадается по нескольким каналам В1, В2 и т. д., а зарядово-сопряженное состояние А (античастица) распадается по зарядово-сопряженным каналам B1, B2 и т. д. Тогда:
1) Из СРТ-симметрии следует, что масса А равна массе A, и полная вероятность распада А равна полной вероятности распада A (полная вероятность — сумма вероятностей распада по всем возможным каналам).
2) Нарушение СР-симметрии приводит к тому, что вероятности распада по каналам могут быть различны для частиц и античастиц, т. е. вероятность канала B1 не равна вероятности канала B1 и т. д.
Именно эти два утверждения, наряду с нарушением барионного заряда, легли в основу моей работы. На экземпляре работы, который я подарил в 1967 году Евгению Львовичу Фейнбергу, я написал такой эпиграф:
Перехожу теперь к обсуждению другой предпосылки работы — к нарушению барионного заряда.
В отличие от только что обсужденной она являлась гипотезой, причем, как я уже отмечал, такой, которая шла вразрез с установившимися в науке тех лет убеждениями. Отчасти поэтому моя работа тогда привлекла мало внимания.
В хорошей книге Зельдовича и Новикова (вышедшей в свет в 1975 году!)[96] есть параграф, посвященный гипотезе нарушения барионного заряда и объяснению с ее помощью барионной асимметрии Вселенной. Общее отношение — определенно отрицательное.
Когда я писал свою работу, я знал о предложении Ли и Янга попытаться обнаружить на опыте поле, обусловленное барионным зарядом (мне рассказал об этом предложении Я. Б. Зельдович). Наличие такого поля явилось бы подтверждением сохранения барионного заряда, подобно тому, как наличие у электрически заряженных тел кулоновского электрического поля является «гарантом» сохранения электрического заряда. Аналогично — гравитационное поле, существующее в окрестности любой системы тел (на «бесконечности»), однозначно связано с сохраняющейся массой системы (или энергией, по формуле Эйнштейна). В общем, из самого факта существования дальнодействующего поля (т. е. убывающего обратно пропорционально квадрату расстояния) следует, что оно вызвано какой-то сохраняющейся субстанцией. Обратное заключение — что отсутствие поля означает
