Вера Черногорова - Загадки микромира

Первую, как и положено, занимает нейтральный (ка-ноль) мезон, вторую — анти-ка-ноль-мезон. На третьем месте находится уже знакомый нам короткоживущий ка-ноль-мезон. И наконец, на четвертом — долгоживущий ка-ноль-мезон.

Экспериментаторы, как ни старались, не могли обнаружить в природе анти-ка-ноль-мезон. Ну что ж, в этом не было ничего удивительного. Нет античастицы у фотона, нет ее и у нейтрального пи-мезона. Эти частицы и по теории должны быть совершенно идентичны со своими «антиродственниками».

Но когда М. Гелл-Манн создал свою классификацию элементарных частиц, у него получилось, что ка-ноль-мезоны должны все-таки отличаться от анти-ка-ноль-мезонов. Проницательный Э. Ферми сразу же спросил у него: «Как вы можете представить себе ка-ноль и анти-ка-ноль различными, если они распадаются неразличным образом?»

«Как теперь ясно, — пишет в воспоминаниях Б. Понтекорво, — в этих словах скрыта глубокая догадка о дуальных — двойственных — свойствах нейтральных каонов». (Каонами физики называют ка-ноль-мезоны.)

Встречи частиц и античастиц между собой происходят крайне редко. Лишь незначительная доля протонов или электронов встречается со своими антидвойниками. Объясняется это тем, что материя и антиматерия всегда разделены в пространстве. Только в момент их первого (и последнего) в жизни свидания некоторые частицы и античастицы ненадолго образуют связанную систему. Так электрон и позитрон до аннигиляции в виде атома — позитрония — успевают помочь ученым в решении некоторых химических задач.

Однако анти-ка-ноль-мезонов не было нигде — ни в космических лучах, ни среди частиц, рождающихся на ускорителях. Но они должны быть! — настаивала теория. И один опыт сменялся другим, настойчивые поиски продолжались. Продолжались до тех пор, пока физики однажды не поняли, что искать-то, собственно, нечего. Все было просто и одновременно фантастически необычайно.

Слабые взаимодействия как бы «сблизили» мир и антимир. Они связали нарушение зеркальной симметрии пространства с различием между частицами и античастицами, например, в знаке электрического заряда. В нейтральных ка-мезонах мир и антимир сосуществуют бок о бок вплоть до их распада. Они не что иное, как смесь частиц и античастиц. И не одна, а целых две смеси — два строго согласованных, уравновешенных состояния с определенной массой, с постоянным временем жизни и другими квантовыми свойствами. Одну смесь ученые назвали нейтральными короткоживущими, а другую — долгоживущими ка-мезонами.

Вот эти-то «коктейли», тщательно приготовленные природой из двух одинаковых компонентов, и продемонстрировали свое несогласие с принципом CP-симметрии.

В чем же заключалась сенсационность сообщения, сделанного в Дубне на Международной конференции?

В Принстонском университете американские физики Кристенсон, Кронин, Фитч и Турлей изучали свойства рождающихся на ускорителе долгоживущих ка-мезонов. Ученые расположили свою установку на расстоянии двадцати метров от выхода мезонного канала, чтобы полностью избавиться от всех быстро распадающихся короткоживущих ка-мезонов.

Во время работы физики обратили внимание, что очень редко — один раз на 500 обычных распадов — долгоживущие каоны нарушали запрет, наложенный принципом CP-симметрии, и распадались на два пи-мезона. По законам делать это они «не имели права». Американские же физики обнаружили именно такие случаи распада. Значит, не работает также и «CP-зеркало»?

И опять всплывает неэквивалентность между правым и левым, которую уже не объяснишь различием между частицами и античастицами.

Ученые реагировали на это открытие по-разному. Скептики напирали на ошибку в измерениях или обработке результатов. Другие ссылались на то, что эксперимент проводился не в вакууме, а в воздухе, а на последнем этапе мезоны проходили еще и через баллон с гелием. Встреча же с любым веществом криминальна для нейтрального каона: сталкиваясь с веществом, каоновые «коктейли» так сильно встряхиваются, что долгоживущая смесь частиц и античастиц превращается в короткоживущую и потом уже законным путем распадается на два пи-мезона.

Обвинение было серьезным, началась тщательная проверка. Экспериментаторы из Принстона поставили специальный контрольный опыт, который показал, что подобные превращения долгоживущих ка-мезонов происходят в 10 6раз реже, чем зафиксированные раньше запретные распады.