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

Тем временем физики успели описать еще несколько гипотетических механизмов, которые, возможно, могли вызвать более значительную асимметрию. Некоторые из них довольно сложны, если не сказать надуманны. Рокки Колб описывает самые экзотические из подобных гипотез как «гигантские построения, призванные объяснить одно-единственное число». В частности, по одной из версий, симметрия между веществом и антивеществом оказалась нарушена из-за испарения первозданных черных дыр, образовавшихся на заре существования Вселенной. Другая версия, которая представляется более убедительной, такова: возможно, причины асимметрии связаны с лептонами – семейством элементарных частиц, к которым относится и нейтрино. Чтобы можно было взять на вооружение эту версию, физикам приходится предположить, что первозданная Вселенная была наполнена тяжелыми «парами» почти невесомых нейтрино, которые мы наблюдаем сегодня. Когда эти сверхтяжелые нейтрино распадались, они превращались в вещество с большей вероятностью, чем в антивещество. Поскольку мы пока не располагаем достаточно мощными ускорителями, которые позволили бы синтезировать такие массивные частицы, ученым остается лишь изучать свойства их более легких аналогов (нейтрино) и теоретизировать, мог ли такой сценарий действительно разворачиваться в реальности.

Причина, почему нейтрино отводится главная роль в разгадке этой космической тайны, связана со странным свойством, которым могут обладать эти частицы: возможно, нейтрино окажутся идентичны антинейтрино. Большинство частиц имеют античастицы, обладающие противоположным спином и зарядом. Поскольку нейтрино и антинейтрино лишены заряда, различить их можно только по спину: у нейтрино он левый, а у антинейтрино – правый. Несмотря на разницу в спине, обе эти частицы могут взаимодействовать с материей совершенно одинаково. Если бы все действительно было так и нейтрино с антинейтрино были полностью взаимозаменяемы, то именно этот феномен мог бы объяснить переизбыток вещества над антивеществом в ранней Вселенной.

Итальянский физик Этторе Майорана – замкнутый гений, пропавший без вести в возрасте 32 лет, первым предположил, что нейтрино могут обладать такой двойственной природой. Майорана родился в 1906 г. в знатной сицилийской семье и уже ребенком проявлял талант к математике и шахматам. Последовав примеру отца, он пошел учиться на инженера в Риме. Там Майорана познакомился с Эмилио Сегре, который убедил его заняться физикой, а не техникой. В компании с Сегре Майорана присоединился к исследовательской группе Энрико Ферми, незадолго до того получившего пост профессора в Римском университете. Тогда Майорану еще можно было назвать юношей – ему лишь недавно исполнилось двадцать шесть. Амбициозная команда молодых физиков под началом Ферми получила прозвище «Ребята с улицы Панисперна» – на этой улице располагался институт физики.

Этторе Майорана

(E. Recami and F. Majorana)

Теоретические работы Майораны были связаны с исследованием структуры и свойств атомов и их составляющих. Получив грант от Итальянского научно-исследовательского совета, Майорана смог отправиться в Лейпциг, где сотрудничал с Гейзенбергом, а также в Копенгаген, чтобы работать с Нильсом Бором.

Работая в Германии, Майорана серьезно заболел гастритом, этот недуг донимал его еще долгие годы, даже после возвращения в Рим. Возможно, именно из-за болезни Этторе почти не публиковал научных статей, зачастую бракуя собственную работу как мутные исследования, недостойные печати. Несмотря на уговоры Ферми, Майорана даже не удосужился опубликовать собственную гипотезу о существовании нейтрона, поэтому, когда эту частицу независимо от Майораны открыли другие ученые, его вклад в исследование этой проблемы остался совершенно неоцененным.

Заручившись поддержкой Ферми, которая в те годы значила в Италии очень много, Майорана получил в конце 1937 г. должность профессора на кафедре физики в университете Неаполя. Первые пару месяцев работа у него, казалось, шла хорошо. Однако вечером 23 марта он сел на корабль, отходивший из Неаполя в сицилийский город Палермо, предварительно сняв со счета все сбережения. Через два дня Майорана написал шокирующее письмо директору неапольского института физики: «Я принял решение, которое стало для меня неизбежным. В нем нет ни капли эгоизма, но я сознаю, какие неудобства доставит Вам и студентам мое внезапное исчезновение. Я прошу у Вас прощения, в том числе и за это, но в особенности за то, что обманул Ваше доверие, искреннюю дружбу и сочувствие, которым Вы успели меня одарить за последние несколько месяцев…»