Лоуренс Краусс - Почему мы существуем? Величайшая из когда-либо рассказанных историй

История могла бы на этом и закончиться, но, к несчастью, вскоре после этого другая группа ученых, занятая поисками нейтральных токов, перепроверила их данные на своей установке и обнаружила, что предыдущий сигнал, означавший наличие нейтральных токов, куда-то исчез. Это породило немалую суматоху и скепсис в физическом сообществе, а нейтральные токи, казалось, вновь попали под подозрение. В конце концов группа, работавшая на «Гаргамели», повторила все с начала, проверила детектор непосредственно на протонном пучке и собрала намного больше данных. Почти год спустя, в июне 1974 г., группа представила на очередной конференции неопровержимые доказательства существования сигнала. Тем временем конкурирующая группа нашла причину ошибки и подтвердила результат «Гаргамели». Глэшоу, Вайнберг и Салам были оправданны.

Нейтральные токи пробили себе дорогу, и уже казалось, что замечательное объединение слабого и электромагнитного взаимодействий вот-вот случится. Но оставались еще две нерешенные проблемы, которые требовали внимания.

Открытие нейтральных токов при нейтринном рассеивании подтвердило идею о существовании Z-частицы, но это никак не гарантировало, что слабое взаимодействие полностью соответствует образу, который предложили Глэшоу, Вайнберг и Салам и в котором слабое и электромагнитное взаимодействия были едины. Чтобы разобраться в этом, требовался эксперимент с использованием частицы, принимающей участие как в слабом, так и в электромагнитном взаимодействии. Электрон идеален в этом отношении, поскольку участвует только в этих двух взаимодействиях.

Когда электроны взаимодействуют с другими зарядами посредством электромагнитного притяжения, левые и правые электроны ведут себя одинаково. Однако теория Вайнберга – Глэшоу – Салама требовала, чтобы слабые взаимодействия для левых и правых частиц проходили по-разному. Из этого следовало, что тщательные измерения рассеяния поляризованных электронов – электронов, заранее приведенных в левое или правое состояние при помощи магнитных полей, – на разных мишенях должно было бы, по идее, выявить нарушение симметрии правого и левого, но не настолько резкое, как асимметрия, наблюдавшаяся в нейтринном рассеянии, потому что нейтрино всегда чисто левое. Уровень нарушения при рассеянии электронов, если он существует, должен был бы отражать степень, в которой слабое взаимодействие и электромагнетизм смешаны в объединенной теории.

На самом деле идею проверки такой интерференции с использованием рассеяния электронов предложил еще в 1958 г. замечательный советский физик Яков Зельдович. Но прошло двадцать лет, прежде чем появилась техническая возможность ставить эксперименты с достаточной чувствительностью. Так что в случае с открытием нейтральных токов дорога к успеху была полна ухабов и тупиков.

Одна из причин, по которым проверка этой идеи потребовала так много времени, состояла в том, что слабое взаимодействие и правда очень слабое. Поскольку доминирующим способом взаимодействия электронов с веществом является электромагнитное взаимодействие, предсказанная асимметрия правого и левого, возникающая вследствие обмена Z-частицей, мала – меньше одной десятитысячной. Для проверки наличия такой асимметрии нужен был пучок одновременно интенсивный и с хорошей известной первоначальной поляризацией.

Лучше всего для этих экспериментов подходил Стэнфордский линейный ускоритель. Он построен в 1962 г. и был самой длинной – две мили – из когда-либо построенных человеком столь прямолинейных конструкций. В 1970 г. в нем появились поляризованные пучки, но только в 1978 г. удалось разработать и поставить эксперимент с чувствительностью, достаточной для поиска влияния слабого взаимодействия на рассеяние электронов.

Хотя успешное наблюдение нейтральных токов в 1974 г. стало началом широкого признания теории Вайнберга – Глэшоу – Салама физиками-теоретиками, эксперимент SLAC 1978 г. был необычайно важен; дело в том, что в 1977 г. два эксперимента в области атомной физики дали результаты, которые, если бы они подтвердились, однозначно опровергли бы эту теорию.

В нашей истории до сих пор принципиальную роль играл свет, освещавший (простите за каламбур) наши представления не только об электричестве и магнетизме, но и о пространстве, времени и в конечном итоге о природе квантового мира. Так что было понятно, что свет способен помочь разобраться и с электрослабым объединением.