Рэй Джаявардхана - Охотники за нейтрино. Захватывающая погоня за призрачной элементарной частицей

Однако вскоре после отправки этого письма Майорана, по-видимому, решил все переиграть, так как отправил коллеге телеграмму с просьбой опровергнуть предыдущее письмо. Во второй записке, датированной 26 марта, он писал: «Море не приняло меня, и завтра я вернусь. Остановлюсь в гостинице Bologna, возможно, при мне будет это письмо. Тем не менее я решил прекратить преподавательскую работу». Обеспокоенный коллега рассказал о письме родственникам Майораны. Вечером 25 марта, будучи в Палермо, Майорана купил билет на корабль, уходивший обратно в Неаполь, но на полуострове так и не появился. Несмотря на то, что семья предлагала вознаграждение тому, кто найдет Этторе, более ничего о нем узнать не удалось. Ферми даже обращался к премьер-министру Италии Бенито Муссолини с просьбой посодействовать в поисках: «Без малейших колебаний заверяю Вас и подчеркиваю, что в моих словах нет ни малейшего преувеличения: из всех итальянских и иностранных ученых, с которыми мне доводилось встречаться, мало кто настолько поразил меня своими незаурядными качествами, как Майорана».

Мнения о судьбе Майораны варьируются от очевидных до абсолютно загадочных. Проще всего предположить, что он покончил с собой, спрыгнув с корабля в Тирренское море. Но если он планировал свести счеты с жизнью, то зачем забирал деньги из банка? Кроме того, члены семьи настаивали, что Этторе был убежденным католиком, поэтому не мог пойти на самоубийство. Некоторые полагали, что Майорана переживал духовный кризис, поэтому ушел в монастырь. Один иезуитский священник рассказывал, что к нему обратился какой-то смятенный молодой человек, по описанию похожий на Майорану, и попросил принять его в орден. Монахи из обители, расположенной южнее Неаполя, также сообщали, что видели такого человека. Еще одна версия уводит поиски в Аргентину. На протяжении нескольких десятилетий после исчезновения физика появлялись сообщения о том, что Майорану видели в Южной Америке. Один сицилийский писатель предполагал, что Майорана пустился в бега, так как предвидел скорое изобретение ядерного оружия и не хотел иметь ничего общего с этими чудовищными разработками. Другие думали, что Майорану могли убить нацистские агенты или сицилийская мафия.

Возможно, при всем своем незаурядном интеллекте Майорана просто не мог справиться с жизненными неурядицами. Как отмечал Ферми, «Майорана был более талантлив, чем кто-либо в мире. К сожалению, ему недоставало всего одного качества, которым обычно обладают другие мужчины: здравого смысла». Легенда о Майоране живет на родине этого человека, причем подпитывается не только конспирологическими версиями и историями о том, что «кто-то видел Майорану» (на самом деле в какой-то период в Италии его «замечали» не реже, чем в США – Элвиса Пресли). Более того, Майорана уже стал героем комиксов и настоящим символом Сицилии.

При этом важность того вклада, который Майорана успел внести в науку, в последние годы резко повысилась. Все дело в растущем интересе к его соображениям о природе нейтрино, которые Майорана успел изложить в своей статье всего за год до исчезновения. Выше в этой главе я уже описывал сущность уравнения Дирака: оно указывает, что у электрона, имеющего отрицательный заряд, должна существовать положительно заряженная античастица. Майорана, в свою очередь, осознал, что не имеющие заряда нейтрино могут быть античастицами сами себе. То есть в природе может и не существовать «близнеца-антипода» нейтрино. Майоране удалось вывести более простое уравнение для нейтрино, чем Дираку – для электрона. Считается, что Этторе просто не решался опубликовать результаты своих исследований, хотя Ферми, как обычно, убеждал его не стесняться. Другие полагают, что Ферми сам написал статью, основываясь на заметках Этторе, и отдал ее в публикацию, подписавшись именем Майорана. Если бы не этот благородный поступок Ферми, то мы, возможно, никогда не узнали бы об эпохальном озарении Майораны.

Если предположение Майораны подтвердится и нейтрино действительно окажется античастицей «самой себе», то этот факт может перевернуть всю физику. Во-первых, придется пересмотреть Стандартную модель, которая сегодня считается настоящим каноном субатомного мира. Во-вторых, именно двойственная природа нейтрино могла бы объяснить ту асимметрию, в результате которой вещество подавляюще преобладает над антивеществом и которой мы обязаны своим существованием. Несмотря на явную простоту гипотезы Майораны, проверить ее экспериментально довольно сложно. Только сейчас ученые вплотную подходят к возможности осуществления строгих экспериментов такого рода, о чем мы подробнее поговорим ниже в этой главе.

Как вы, вероятно, помните из главы 2, Вольфганг Паули первым предположил, что именно нейтрино могут вызывать тот недостаток энергии, которая, казалось бы, бесследно исчезает при бета-распаде радиоактивного ядра. В частности, когда нейтрон распадается на протон и электрон, также образуется антинейтрино. При таком распаде сохраняется электрический заряд: реакция начинается с нейтрона, не имеющего заряда, а в результате ее образуются протон и электрон, чьи заряды равны, соответственно, +1 и –1, а также не имеющий заряда антинейтрино. Таким образом, суммарный заряд этих частиц также равен нулю. Сохраняется и лептонное число: как в начале, так и в конце реакции оно равно нулю, поскольку лептонное число электрона равно +1, а антинейтрино присваивается лептонное число –1. До сих пор все нормально: мы играем по правилам Стандартной модели.

Оказывается, ключевую роль для проверки гипотезы Майораны может сыграть редкая разновидность бета-распада. Еще в 1935 г. германо-американский физик Мария Гёпперт-Майер описала необычный вариант «двойного бета-распада»: два нейтрона в одном и том же ядре могут одновременно превратиться в два протона, испустив два электрона и два антинейтрино. В таком случае сохранились бы и электрический заряд, и лептонное число. По расчетам Гёпперт-Майер, случаи такого двойного распада должны быть достаточно редкими. Кроме того, наблюдать их очень непросто, так как они потеряются на фоне обычного «одинарного» бета-распада. После многих десятилетий работы, которой занимались многие физики, Майкл Мо из Калифорнийского университета в городе Ирвин и его коллеги наконец-то смогли наблюдать двойной бета-распад в лабораторных условиях. Это произошло в 1987 г.

Задолго до того, как группе Мо удалось экспериментально зафиксировать двойной бета-распад, ученые пришли к выводу, что если Майорана был прав и нейтрино являются античастицами сами себе, то возможен и третий, еще более редкий вариант бета-распада. Итак, если догадка Майораны была верна, то два нейтрона могут претерпевать бета-распад вместе, так, что антинейтрино, испускаемый одним нейтроном, сразу же поглощается другим нейтроном. В итоге два нейтрона распадаются, не оставляя после себя ни нейтрино, ни антинейтрино. Физики подобрали для этого феномена громоздкое название «безнейтринный двойной бета-распад». В процессе такого распада электрический заряд сохраняется, а лептонное число – нет: на выходе имеем +2, так как есть два электрона и никаких антинейтрино. Таким образом, при безнейтринном двойном бета-распаде нарушается важное правило сохранения, основополагающий закон Стандартной модели. Именно такое нарушение может объяснять асимметрию в количестве вещества и антивещества.