Яков Смородинский - Воспоминания о Л. Д. Ландау

Ландау в подлинном смысле слова был великим учителем. Не говоря уже о непосредственных его учениках, имевших счастье лично общаться с ним, его курс содействовал развитию теоретической физики во всем мире, ибо по этому курсу изучали и продолжают изучать теоретическую физику молодые начинающие ученые и им пользуются как энциклопедией и кладезем мудрости уже опытные физики.

Необычайно высок был нравственный облик Ландау — его безупречная чистота и понимание научной этики. Ландау считал безнравственным «участие» псевдоруководителей в работах их сотрудников. П. Л. Капица также придерживался такого же взгляда и даже говорил, что каждый соавтор, подписавший общую работу, должен по крайней мере уметь разъяснить все ее детали, а это требование не всегда выполнялось и выполняется…

Великий талант, огромная научная результативность, всемирная известность и авторитет, создание большой школы активно работающих учеников, замечательный курс теоретической физики, охватывающий почти все ее разделы, критический ум, бескомпромиссная оценка и своих и чужих работ, демократизм в обращении с людьми независимо от их чинов, званий и имеющихся регалий — все эти качества уже при его жизни создали легенду о Ландау.

В последние годы Л. Д. Ландау все больше времени уделял теории элементарных частиц. Если в других областях физики сейчас решаются конкретные задачи на основе квантовой механики, теории относительности и других четко сформулированных законов физики, то здесь имеют дело с новой областью, в которой основные закономерности еще только нащупываются.

Одна такая работа была выполнена Ландау в конце 1956 г. Она связана с проблемой несохранения четности во взаимодействиях элементарных частиц. В ней особенно ярко проявилось присущее Ландау мастерство использования очень общих и простых принципов к анализу самых различных вопросов. Одним из таких принципов является принцип симметрии, органически содержащийся в основных законах природы. Например, в общем случае «верх» не может иметь преимущество перед «низом». «Верх» и «низ»—это свойства, связанные только с тем, что в одном направлении от нас есть земля, а в другом — нет. Нет в пространстве и разницы между «правым» и «левым». В пространстве нет преимущественных направлений.

Решение многих конкретных задач значительно облегчается, если заранее подумать, что может быть, а чего не может быть с точки зрения принципов симметрии.

Как это ни странно, в 1956 г. в физике элементарных частиц сложилась такая ситуация, что эти незыблемые, казалось бы, законы вроде нарушаются. Речь идет о симметрии между «правым» и «левым»; чем принципиально может отличаться правое вращение вокруг оси от левого вращения, т. е. направления по или против часовой стрелки?

Законы природы должны быть симметричны относительно направления вращения. Иначе говоря, нельзя — и это считалось твердо установленным — указать явление, позволяющее отличить «правое» от «левого», — явление, с помощью которого можно было бы, например, объяснить разумным существам далеких миров, что мы подразумеваем под «правым» и что под «левым».

На первый взгляд кажется, что такие явления часто встречаются. Как известно, электрический ток создает магнитное поле. Если электроны, образующие ток, вращаются в некотором одном направлении, то магнитное поле направлено, скажем, вверх.

А если они вращаются в противоположном направлении, то магнитное поле направлено вниз, и это должно было бы указывать на отличие правого вращения от левого. Но последнее заключение ошибочно, и от того, как устроена правая или левая рука, законы физики не зависят. Действительно, разберемся в том, как действует магнитное поле. Оно заставляет вращаться электроны, которые в него попали. Если электроны, создающие поле, вращаются в одну сторону, то электроны, помещенные в это поле, будут вращаться в другую сторону независимо от того, какое из этих вращений правое и какое левое.

Если бы электроны двигались вдоль магнитного поля, то существовало бы объективное отличие «правого» от «левого». Но как раз этого в природе не бывает. Можно сказать и так: из равноправности правого и левого вращений (зеркальная симметрия) следует, что электроны не движутся под действием магнитного поля вдоль него.

Вот с каким явлением столкнулась физика элементарных частиц в 1956 г. Расскажу коротко об одном опыте. Он состоит в исследовании радиоактивного распада ядра кобальта с атомным весом 60. Это радиоактивное ядро испускает электроны. Куда должны эти электроны лететь? Из соображении симметрии следует, что они должны лететь равномерно и по всем направлениям, в частности столько же вперед, сколько и назад. Ведь нет выделенного направления в пространстве.

Теперь поместим кобальт в магнитное поле, т. е. окружим его соленоидом, по которому идет ток. Теперь есть выделенная ось соленоида, но оба направления ее должны быть равноправны. При этом на опыте оказалось, что электроны летят в основном вперед и в меньшем количестве назад. Этот вывод является потрясающим с точки зрения представления о симметрии «правого» и «левого», потому что если вращать электроны, создающие ток в соленоиде в обратном направлении, то электроны, испускаемые ядром, уже будут лететь в основном назад, так что «правое» и «левое» существенно отличаются.

Этот опыт доказал, что нет симметрии между процессом и его зеркальным отражением. Наблюдаемое явление и было названо нарушением закона сохранения четности.

Еще до опыта, когда вопрос только обсуждался, но прямых экспериментов по несохраиению четности не было, Ландау стал размышлять на тему, возможен ли подобный эффект. Он твердо считал, что пространство не может иметь такой право-левой асимметрии, и вначале думал, что результаты опытов будут отрицательными, а затем пришел к идее о возможности эффекта и без нарушения симметрии пространства. Он сформулировал новый закон симметрии, получивший название (в отличие от закона сохранения четности) закона сохранения комбинированной четности.

Суть его состоит в следующем. Вспомним, что, кроме электронов, существуют такие же частицы, как электроны, но с противоположным электрическим зарядом — позитроны. Каждой частице соответствует своя античастица. Несколько лет назад были открыты антипротоны, антинейтроны и другие античастицы. В обычном веществе атомы состоят из положительно заряженных ядер и отрицательно заряженных электронов. Вообще же законы природы симметричны относительно знака заряда. Можно представить себе такой мир, в котором все наоборот, т. е. атомы состоят из отрицательно заряженных ядер и положительно заряженных электронов. Ни один из известных нам фактов не противоречит этому. Когда мы искусственно создаем частицы, то они возникают и положительными и отрицательными, и частицами и античастицами.