Гений. Жизнь и наука Ричарда Фейнмана - Джеймс Глик

Тем временем робкое предположение Фейнмана получило развитие. Ли и Янг начали исследовать данные. Для электромагнитного и сильного взаимодействия закон четности имел реальную экспериментальную и теоретическую основу: без сохранения четности упорядоченная система разваливалась. Однако для слабого взаимодействия, казалось, существует совсем другой закон. Ли и Янг прошерстили авторитетные тексты по бета-распаду, проверили формулы, изучили новейшую экспериментальную литературу по странным частицам и летом 1956 года пришли к выводу, что при слабом взаимодействии сохранение четности является не чем иным, как предположением, не имеющим прочной основы в виде результатов экспериментов или рациональной теории. Мало того, они поняли, что концепция странности Гелл-Манна представляет собой прецедент: при сильном взаимодействии симметрия сохраняется, при слабом — разрушается. Не откладывая в долгий ящик, они опубликовали работу, в которой уже официально заявляли о возможности нарушения четности при слабом взаимодействии и предлагали провести эксперимент, подтверждающий эту гипотезу. К концу года такой эксперимент провела группа ученых под началом Цзяньсюн Ву, коллеги Янга и Ли из Колумбийского университета. Это была непростая задача: ученые следили за распадом радиоактивного изотопа кобальта в магнитном поле при температуре, близкой к абсолютному нулю. «Верх» и «низ» в эксперименте определяло направление магнитной катушки: распадающийся кобальт «выстреливал» электроны либо симметрично влево и вправо, либо демонстрируя определенное предпочтение. Поджидая результаты эксперимента, Паули в Европе присоединился к спорщикам, он писал Вайскопфу: «Я не верю, что Господь — слабак и левша, и готов поставить круглую сумму, что эксперимент покажет симметричный результат». Но уже через десять дней обнаружилось, что он ошибался, а через год Янг и Ли получили Нобелевскую премию — и никогда еще между совершением открытия и вручением премии не проходило так мало времени. И хотя результаты этого исследования по-прежнему оставались непонятными для многих физиков, их важность была несомненна: оказалось, что природа действительно различает право и лево в самых глубинных своих основах. Ученые тут же взялись за рассмотрение других симметрий: материи и антиматерии, обратимости времени (если пленку с экспериментом прокручивали от конца к началу, с точки зрения физики все выглядело правильно, только право и лево менялись местами). Как сказал один физик, «мы больше не пытаемся закручивать болты в темноте в плотных рукавицах. Теперь болты подносят нам аккуратно разложенными на подносе, и на каждом есть стрелочка с указанием направления резьбы».

В научном сообществе, занимающемся физикой высоких энергий, Фейнман был странной фигурой. Он был старше блестящих ученых одного поколения с Гелл-Манном, но моложе нобелевских лауреатов уровня Оппенгеймера. Не уклонялся от дискуссий, но и не инициировал их. Остро интересовался текущими проблемами (как показывают его вопросы, касающиеся проблемы четности), но поражал молодых физиков своим равнодушием к новейшим концепциям, особенно в сравнении с Гелл-Манном. На конференции 1957 года как минимум одному участнику пришло в голову, что Фейнман мог бы применить свой талант теоретика и решить вопрос, заданный им же год назад, а не отдавать пальму первенства Янгу и Ли. (Тот же участник заметил, что физики погрязли в самооправданиях: теоретики от Дирака до Гелл-Манна «наперебой уверяли, что никогда не считали закон четности чем-то важным», а экспериментаторы вдруг вспомнили о своих намерениях провести эксперимент, подобный опыту мадам Ву.) Внешне Фейнман выглядел абсолютно спокойным, как и всегда, но вдали от любопытных глаз терзался из-за своей неспособности найти проблему, достойную изучения. Он стремился держаться подальше от популярных исследовательских направлений. Понимал, что безнадежно отстал и не в курсе даже опубликованных наработок Гелл-Манна и других физиков высоких энергий, но не мог заставить себя прочитать научные журналы и рукописи, которые ему ежедневно приносили и которые накапливались у него на полках. Каждая из этих работ напоминала ему детектив, где последняя глава идет в самом начале. Ему же хотелось, прочитав завязку, узнать достаточно, чтобы уяснить проблему и самостоятельно ее решить. Среди физиков он был почти единственным, кто отказывался рецензировать научные работы для журналов. Следить за чужой мыслью от начала до конца, наблюдая за процессом решения проблемы со стороны, казалось ему невыносимым. (Нарушив же собственное правило, он мог быть крайне жестоким. Например, в рецензии на одну статью он написал: «Мистер Берд весьма опрометчиво поступает, приводя в своей работе так много ссылок на другие научные труды; ведь если кто-то из его студентов заглянет в один из этих трудов, он никогда больше не станет читать работу Берда». Потом он умолял редактора не сообщать автору статьи о его отзыве: «Ведь мы с мистером Бердом хорошие друзья».) Зацикленность Фейнмана на поиске необычных, нестандартных путей обижала даже тех его коллег, которых он хотел похвалить. Например, он восхищался открытием, которое считалось второстепенным, или проявлял интерес к альтернативной версии теории, казавшейся недостойной внимания или слишком своеобразной. Некоторые теоретики стремились сотрудничать с коллегами, тем самым задавая тон и направление исследований для целых групп ученых. Гелл-Манн предпочитал работать именно так. Но Фейнману подобная манера была не по нраву; хотя его диаграммами пользовалось целое поколение физиков, он все равно был недоволен.

Иногда он делился своими переживаниями с сестрой Джоан, которая тоже начала строить научную карьеру: училась в докторантуре в Сиракузском университете и специализировалась на физике твердого тела. Фейнман наведывался к ней в Сиракузы, когда ездил в Рочестер. Он жаловался ей, что не может работать. А она напоминала ему о тех идеях, которыми он когда-то с ней делился, а потом бросал, так и не описав их в научных публикациях. «Ты делаешь это постоянно, — повторяла она. — Помнишь, ты говорил мне, что Блок, вероятно, прав? И что ты сделал, чтобы подтвердить его предположение? Когда тебе в голову приходят такие идеи, ради всего святого, записывай их!» Также Джоан вспомнила, что однажды он, размышляя о возможной связи между бета-распадом и распадом странных частиц под влиянием слабого взаимодействия, поделился с ней идеей создания универсальной теории слабых взаимодействий, и призвала его продолжить исследования, чтобы посмотреть, куда приведет эта нить.

В результате классического бета-распада нейтрон превращается в протон, выделяя электрон и нейтрино — еще одну частицу, не имеющую массы и заряда, которую очень трудно обнаружить. Заряд при этом сохраняется: у нейтрона его нет; у протона +1, у электрона –1. В семействе мезонов происходит то же самое: при распаде пиона образуются мюон (частица наподобие электрона, но более тяжелая — в 207 раз) и нейтрино. При наличии хорошей теории можно было бы предсказать как скорости распада в таких процессах, так и энергетические уровни выделяемых частиц. Однако существовали сложности. Необходимо было согласовать спины частиц, а при расчете спинов возникала проблема с их направлением. Особенно явно это проявлялось у безмассовых нейтрино. Поэтому открытие нарушения четности мгновенно преобразило теорию слабых взаимодействий для Фейнмана, Гелл-Манна и других ученых.

Анализируя различные виды взаимодействия частиц, теоретики создали систему классификации, включавшую пять отчетливых трансформаций волновых функций. В каком-то смысле это была систематизация известных алгебраических техник; но ее также можно было назвать классификацией типов виртуальных частиц, возникавших в различных взаимодействиях на основе спинов и четности. Физики использовали сокращения S, T, V, A и P, обозначавшие скалярные, тензорные, векторные, векторно-осевые и псевдоскалярные частицы. Различные виды слабых взаимодействий обладали очевидным сходством, но в связи с этой схемой классификации возникал вопрос. На Рочестерской конференции 1957 года Ли отметил, что для большинства опытов с бета-распадом характерно скалярное и тензорное взаимодействия, однако в новых экспериментах с нарушением четности при распаде мезонов чаще проявляется векторный и векторно-осевой тип. Все это указывает на то, что в первом и втором случае действуют разные законы физики.