Вера Черногорова - Загадки микромира

Но постойте, ведь с чем-то подобным мы уже сталкивались раньше, когда оперировали с обычным «P-зеркалом». В нем изображение страдало другим недостатком: электроны оставались электронами, только вылетали они в обратную, «неправильную» сторону. А что, если использовать оба эти непригодных зеркала одновременно и посмотреть, как будет выглядеть наш процесс?

Оказывается, электроны в нем станут позитронами и вылетать будут в сторону, «неправильную» для электронов, но совершенно законную для позитронов. А нам только это и надо. Наша отраженная в «CP-зеркале» картина стала вполне «жизненной». Она как две капли воды похожа на реально существующий процесс — позитронный радиоактивный распад атомных ядер.

«Изобретенное» выдающимся советским физиком-теоретиком, лауреатом Нобелевской премии Л. Ландау сдвоенное «CP-зеркало» изменяет координаты отраженных в нем процессов на противоположные и одновременно частицы превращает в античастицы. После тщательной экспериментальной проверки выяснилось, что оно безотказно действует во всех процессах, в том числе и в процессах, вызванных слабым взаимодействием.

Что же получилось? Раньше оба принципа — и зеркальной симметрии пространства, и симметрии зарядовой — считались фундаментальными принципами природы. Теперь же, после того, как они оказались дискредитированными, ученые вынуждены были отказаться от них и провозгласить один — принцип CP-симметрии, который удовлетворял всем видам взаимодействий, в том числе и слабому.

Процессы, связанные с сильным взаимодействием и симметричные относительно зеркального отражения координат и замены частиц на античастицы, подчиняются и принципу CP-симметрии.

Но для слабых взаимодействий новый принцип означал, что в любых таких процессах не только меняется знак пространственных координат, но и происходит замена частиц на античастицы. Помните, как у Пушкина: «Идет направо — песнь заводит, налево — сказку говорит». Природа как бы требовала, чтобы в слабых взаимодействиях при переходе от правого к левому «сменялась пластинка», то есть совершался переход от одного типа материи к другому.

Правое и левое оказались сцепленными с веществом и антивеществом; различие между обоими направлениями связано с различием между частицами и античастицами — вот ответ ученых на оба труднейших вопроса, возникших из решения загадки «тета-тау». Пустое пространство, отраженное и в обычном и в «CP-зеркале», остается симметричным, однородным. Если же и происходит кажущаяся утеря им зеркальной симметрии в слабых взаимодействиях, то вина в этом лежит не на пространстве, а на самих частицах.

Основное положение диалектического материализма о единстве свойств пространства и материи нашло новое конкретное подтверждение в физике элементарных частиц.

Хотелось бы напомнить, что ученые впервые обратили внимание на связь между геометрическими — пространственными — свойствами материи и ее физическими свойствами в середине прошлого века. Проблема эта возникла в науке о кристаллах. Крупнейшие кристаллографы были смущены хорошо известным экспериментальным фактом: некоторые химически идентичные вещества имели разные оптические свойства. Почему?

«В умы тех, кто размышлял над этим вопросом, — говорит в своей книге „Кристаллы, их роль в природе и науке“ крупный современный кристаллограф Чарльз Банн, — запали мучительные сомнения, которые нередко способствуют новым открытиям».

Проблемой заинтересовался молодой Луи Пастер. «Я не способен был представить себе, — писал он, — чтобы два вещества могли быть настолько похожими, не будучи полностью идентичными. Едва закончив Высшую нормальную школу, я решил приготовить побольше кристаллов, чтобы изучить их форму». И вскоре Л. Пастер обнаружил, что химически одинаковые вещества состоят из кристаллов, по-разному ориентированных в пространстве.

Кристаллы эти оказались зеркальными изображениями друг друга. Они не совпадали между собой и обладали разной оптической активностью. «Открытие правой и левой виннокаменных кислот (это и было заслугой Л. Пастера) содействовало тому, что молекулы были выведены из области туманных рассуждений в весьма конкретный мир геометрии», — пишет Ч. Банн.

Сейчас нас больше всего интересует тот аспект этой истории, что впервые тогда в науке обнаружилась зависимость свойств материи от ее пространственной ориентации.

И вот сто лет спустя уже не в макрофизике, а в мире элементарных частиц ученые вновь столкнулись с проблемой, затрагивающей свойства материи одновременно. Но проблема эта была гораздо сложней, ибо в ней участвовали не только частицы, но и античастицы.

Если Л. Пастер заметил связь между свойствами право- и левоориентированного вещества (левые и правые кристаллы), то мир элементарных частиц предоставил уникальную возможность обнаружить связь между свойствами правоориентированного вещества и левоориентированного антивещества.

Астрофизики пытаются с помощью разного типа космических излучений обнаружить антимиры в межзвездном пространстве. Писатели-фантасты сталкивают своих героев с пришельцами из таинственного антимира.

До сих пор неизвестно, существует ли антимир, полностью аналогичный нашему миру. Но слабые взаимодействия через нарушения пространственной и зарядовой симметрии уже связали между собой элементарные кирпичики вещества и антивещества. Аналогия между принципом CP-симметрии и сдвоенным «CP-зеркалом» напрашивается сама собой. Но какое же это зеркало? Оно напоминает скорее «окно в антимир».

Если взглянуть в это зеркало вместе с нейтрино, то можно увидеть там антинейтрино: частицу без массы и без электрического заряда, которая имеет лишь собственный момент количества движения, связанный с ее вращением. Но в зеркале направление вращения нейтрино сразу меняется на противоположное и становится таким, как у антинейтрино. Как зачарованная красавица, эта частица никогда не «увидит» себя в зеркале.

Ну а электрон? Что видит он в «CP-зеркале», вылетая из радиоактивного ядра? Электрон видит свою античастицу — позитрон.

В августе 1964 года в городе Дубне под Москвой, где находится Объединенный институт ядерных исследований — ОИЯИ, — съехались ученые из многих лабораторий и научных институтов мира на традиционную Международную конференцию по физике высоких энергий.

Обычно ученые с нетерпением ждут очередного смотра объединенных сил теоретиков и экспериментаторов. Здесь можно обсудить свои последние результаты с коллегами из разных стран. Узнать о самых свежих, еще не напечатанных в журналах научных новостях.