Шрифт:
Возьмите антиверсию левозакрученного нейтрино, посмотрите на нее в зеркало — и вы увидите правозакрученное антинейтрино. Начальное и конечное состояния различаются, однако и левозакрученное нейтрино, и правозакрученное антинейтрино существуют в реальности.
Алисе не нужно рассматривать такие трудноуловимые частицы, как нейтрино, чтобы понять, что в Зазеркалье все немного не так. В 1956 году Ву Цзяньсюн и ее коллеги поставили эксперимент с радиоактивным изотопом кобальта. Они направляли спин атомов кобальта в определенную сторону. Представьте себе, что если смотреть на атомы сверху, все они вращаются против часовой стрелки — то есть спин у них вверх. При распаде кобальта получались электроны. Парадоксально, но факт: большинство из них вылетали вверх. Вывод напрашивается сам собой: при распаде кобальта электроны вылетают в ту же сторону, что и спин.
Распад кобальта-60
Как, вы не удивились? Странно.
Чтобы понять, насколько удивителен этот результат, надо представить себе всю конструкцию в зеркале. Зеркала меняют спин частиц на противоположный. В зеркале атомы кобальта вращаются по часовой стрелке, что значит, что спин у них вниз. Электроны, с другой стороны, по-прежнему вылетают вверх — что в зеркале, что без. Наконец-то найден эксперимент, который точно покажет, где вы — в Зазеркалье или дома!
Зеркала и антивещество
Вся эта суета вокруг зеркал и прочего, скорее всего, отвлекла ваше внимание от важного вопроса, который я пока оставил в стороне. Еще раз: откуда взялось все вещество во вселенной? Ах, конечно. Мелкая подробность.
Чтобы в этом разобраться, нам придется представить себе еще одну параллельную вселенную.
1. Возьмите все частицы во вселенной и превратите их в античастицы (а античастицы — в частицы).
2. Посмотрите на результат в зеркало.
Вот вам вопрос на 64 000 долларов: будут ли в этой вселенной — гибриде Страны чудес и Зазеркалья — те же физические законы, что и в «настоящей» [20] ? Такое сочетание называется СР– симметрией, или Комбинированной четностью.
Электрический ток в проводе
Представьте себе, что у вас есть провод, по которому течет электрический ток. У электрона отрицательный заряд, у протона — положительный. Электроны бегут по проводу, а ток движется в противоположном направлении. Скажем, электроны бегут налево, тогда ток течет направо. Теперь возьмем версию Страны чудес (антивещественную): тогда налево бегут уже позитроны. Переверните провод в зеркале — и теперь позитроны бегут направо, и получается в точности такой же ток, как и в первоначальном варианте. Это на самом деле очень важно, поскольку от электрического тока возникает магнитное поле, а значит, при комбинированной четности провод производит точно такое же магнитное поле, что и в первоначальной ситуации.
20
Страшные кавычки я включил, чтобы вы в очередной раз задались экзистенциальным вопросом о законности собственного существования.
Итак, электромагнетизм испытания прошел, однако не всякий эксперимент ведет себя так послушно.
В 1967 году советский физик Андрей Сахаров обнаружил минимальные условия, необходимые для того, чтобы обойти проблему асимметрии вещества и антивещества; коротко говоря, чтобы проделать СР– преобразование в масштабах вселенной, что-то приходится изменить. Как говорят профессионалы, происходит нарушение СР– инвариантности.
Ваше существование и в целом преобладание вещества над антивеществом — это очень сильный довод против идеальной СР– симметрии, однако экспериментальные данные, по крайней мере на данный момент, свидетельствуют об обратном.
Мы уже видели, что наблюдение за распадом частиц позволяет узнать об устройстве вселенной очень многое. При очень высоких энергиях в ускорителях могут возникать частицы под названием каоны, а также их античастицы. Если вы слышите о каонах впервые в жизни, стыдиться тут нечего. Живут они в среднем всего несколько миллиардных долей секунды, а потом распадаются на более легкие частицы, а те, как правило, очень-очень быстро распадаются дальше. Так что каоны на дороге не валяются [21] .
21
Кстати, если вы уже запутались во всех этих незнакомых частицах, не беспокойтесь. Во-первых, почти все, что нужно, мы с вами уже повидали. Во-вторых, в конце книги приведена удобная шпаргалка.
И это не страшно, поскольку самое интересное начинается, когда каон уже распался. В 1964 году Джеймс Кронин и Вэл Фитч из Принстонского университета провели, что называется, вскрытие покойных каонов и получили неожиданные результаты. Оказалось, что каоны и антикаоны — частицы, до той поры считавшиеся идентичными — распадаются по-разному [22] . Так было найдено отличие вещества от антивещества.
Это отличие гораздо тоньше и коварнее, чем кажется на первый взгляд. Каоны и антикаоны медленно осциллируют туда-сюда, переходят из одной формы в другую — прямо как день и ночь.
22
Коан каона: как звучит превращение субатомной частицы в античастицу?
В среднем день и ночь длятся примерно одинаково, однако эта симметрия, очевидно, иногда нарушается. Например, летом день длиннее ночи. Точно так же и симметрия между веществом и антивеществом предполагала бы, что частица должна половину времени проводить в обличье каона, а другую половину — в виде антикаона, и хотя сказать заранее, в каком состоянии она будет, мы не можем, зато можем определить, в каком состоянии и какого типа была частица перед распадом.
Если начинать с каона, то он иногда распадается на электрон и еще кое-какие остатки, которые нас не интересуют. А вот если начинать с антикаона, то он распадается на позитрон и уже другие остатки.