Тогда такая возможность казалась настолько маловероятной, что многих в физическом сообществе эта инициатива позабавила, но никто не спешил поставить предложенный эксперимент. То есть никто, кроме коллеги Ли по Колумбийскому университету – физика-экспериментатора У Цзяньсюн, известной также как мадам Ву.
Даже сегодня мы нередко сетуем на малое число женщин среди физиков, обучающихся в американских университетах, но в 1956 г. ситуация была много хуже. О чем говорить, если до конца 1960-х гг. женщин даже не принимали в большинство университетов Лиги плюща. Почти через тридцать лет после того как У (Ву) прибыла из Китая в 1936 г. на учебу в Беркли, журнал Newsweek в посвященной ей статье привел такое ее высказывание: «Безобразие, что в науке так мало женщин… В Китае множество женщин занимается физикой. В Америке бытует ложное представление, что все женщины-ученые – неряшливые старые девы. Виноваты в этом мужчины. В китайском обществе женщина ценится за то, что она собой представляет, и мужчины поощряют ее достижения – но при этом она остается бесконечно женственной».
Как бы то ни было, Ву была специалистом по распаду нейтрона, и заманчивая возможность поискать нарушения четности в слабом взаимодействии, о которой она узнала от своих друзей Ли и Янга, ее заинтриговала. Она отменила поездку с мужем в Европу и занялась этим экспериментом в июне – всего через месяц после того, как Ли и Янг впервые задумались об этой проблеме; к октябрю того же года, когда статья Ли и Янга вышла из печати, она с несколькими коллегами собрала необходимую для эксперимента установку. Через два дня после Рождества того же года они получили результат.
Сегодня эксперименты в области физики элементарных частиц могут занимать десятилетия от задумки до завершения, но в 1950-е гг. все обстояло не так. Кроме того, это было время, когда физики, судя по всему, не думали о таких вещах, как отпуск и выходные. Несмотря на рождественские праздники, организованные Ли пятничные «китайские завтраки» продолжались, и в первую пятницу после Нового года Ли объявил, что группа Ву обнаружила не просто нарушение четности, но нарушение, максимально возможное в данном эксперименте. Результат настолько всех удивил, что группа Ву продолжила работу в том же направлении, чтобы убедиться, что результат не объясняется каким-то недоразумением или ошибкой эксперимента.
Тем временем Леон Ледерман и его коллеги Дик Гарвин и Марсель Вайнрич, тоже из Колумбийского университета, поняли, что могут проверить эти результаты в своих экспериментах по распаду пионов и мюонов на университетском циклотроне. Не прошло и недели, как обе группы – а еще Джерри Фридман и Вал Телегди в Чикаго – независимо подтвердили результат с высокой достоверностью и к середине января 1957 г. представили свои статьи в Physical Review. Они навсегда изменили нашу картину мира.
Колумбийский университет созвал, вероятно, первую в истории пресс-конференцию для объявления научного результата. Фейнман проиграл пари на 50 долларов, а вот Вольфгангу Паули повезло больше. Он 15 января написал из Цюриха письмо Виктору Вайсскопфу в Массачусетский технологический институт, в котором предложил пари на то, то эксперимент Ву не покажет нарушения четности, не зная, что эксперимент ее уже показал. В письме Паули эмоционально восклицал: «Я отказываюсь верить, что Бог – слабосильный левша», продемонстрировав к тому же интересное мнение о бейсболе. Вайсскопф, который к тому моменту уже знал о полученных результатах, оказался слишком честен, чтобы принять предложенное пари.
Узнав новости, Паули некоторое время спустя написал: «Теперь, когда первый шок миновал, я начинаю приходить в себя». Это был настоящий шок. Идея о том, что одна из фундаментальных сил в природе различает правое и левое, всей силой обрушилась и на здравый смысл, и на основания современной физики в том виде, как ее тогда понимали.
Шок был настолько силен, что, чуть ли не впервые в истории Нобелевской премии, воля Нобеля была выполнена надлежащим образом. В его завещании говорится, что премия должна выдаваться ученому или ученым в каждой научной области, чья работа в том году принесла наиболее важные результаты. В октябре 1957 г., почти точно через год после публикации статьи Ли и Янга и всего через десять месяцев после подтверждения, полученного Ву и Ледерманом, тридцатиоднолетний Ли и тридцатичетырехлетний Янг разделили между собой Нобелевскую премию, которая была присуждена им за выдвинутую гипотезу. А вот мадам Ву, которую называли китайской мадам Кюри, пришлось, как ни обидно, довольствоваться честью стать первым лауреатом учрежденной двадцать лет спустя премии Вольфа по физике.
Внезапно слабое взаимодействие стало куда более интересным, но и куда менее понятным. Теория Ферми, которой физики обходились до того момента, строилась примерно по модели теории электромагнетизма. Об электромагнитном взаимодействии можно думать как о силе, возникающей между двумя электрическими токами, соответствующими двум движущимся электронам, между которыми и происходит взаимодействие. Слабое взаимодействие тоже можно представить аналогичным образом, если считать, что в одном из токов нейтрон в процессе взаимодействия превращается в протон, а другой ток образуют вылетающие электрон и нейтрино.
Однако между этими ситуациями есть два принципиальных различия. В слабом взаимодействии по Ферми два тока взаимодействуют в одной точке, а не на расстоянии, и токи в слабом взаимодействии позволяют частицам превращаться из одного типа в другой в процессе движения сквозь пространство.
Если электромагнитные взаимодействия в зеркале выглядят точно так же, как в реальном мире, то в слабом взаимодействии четность нарушается, задействованные в нем «токи» должны будут, как отмечал Паули, иметь «хиральность», то есть направленность, позволяющую различать в них правое и левое, как, к примеру, имеют хиральность штопор и ножницы, отражение которых в зеркале отличается от оригинального предмета.
Нарушение четности при слабом взаимодействии можно уподобить принятому в обществе правилу, согласно которому мы пожимаем друг другу правую руку. У людей зазеркального мира рукопожатие выполняется левыми руками. Таким образом, реальный мир заметно отличается от своего зеркального отражения. Если бы токи в слабом взаимодействии обладали хиральностью, то само слабое взаимодействие могло бы различать правое и левое, и тогда в зазеркальном мире оно выглядело бы не так, как в нашем реальном мире.
Было проделано много работы – и возникло много путаницы, когда физики попытались в деталях разобраться, какие типы новых возможных взаимодействий могли бы заменить простое взаимодействие токов по Ферми, при котором задействованным частицам невозможно было приписать какую бы то ни было хиральность. Теория относительности допускает ряд возможных обобщений взаимодействия Ферми, но результаты различных экспериментов приводили к разным, взаимоисключающим математическим формам для искомого взаимодействия, так что казалось невозможным объяснить все эти результаты одним универсальным слабым взаимодействием.
Примерно
