СР-симметрия (или инвариантность – это синоним) означает, что любой процесс с античастицами происходит так же, как процесс с частицами, если античастицы расположены и двигаются в пространстве зеркально-симметрично по сравнению с частицами. Как следствие, полная вероятность любой реакции превращения частиц одинакова для частиц и античастиц (таким образом, для проблемы барионной асимметрии следствия СР-симметрии были бы такими же, как С-симметрии).
Между тем, червь сомнения, порожденный Ли и Янгом, продолжал свою работу... Начались проверки «комбинированной» СР-симметрии (можно сказать, частично комбинированной, если СРТ-инвариантность называть полно комбинированной). При этом одновременно решалась судьба Т-инвариантности – в силу СРТ-теоремы Паули–Людерса, либо одновременно и СР и Т симметрии точные, либо обе эти симметрии приближенные.
Физики усиленно искали явления, в которых происходит нарушение СР-симметрии и Т-симметрии. Как я уже писал, таким явлением оказался распад ка-лонг-мезона на два пи-мезона. Я не буду объяснять, почему этот распад свидетельствует о нарушении СР-симметрии. Через несколько лет было открыто другое явление, где нарушение СР-симметрии и отличие частиц от античастиц проявляются более наглядно. Среди многих способов распада ка-лонг-мезона существуют два способа (как говорят – два канала), являющиеся СР- или С-отражением друг друга, – распад на пи-плюс-мезон, электрон и нейтрино и распад на пи-минус-мезон, позитрон и антинейтрино (мы будем интересоваться полными вероятностями каждого канала, поэтому СР- и С-симметрии для нас эквивалентны).
Оказалось, что полные вероятности распада по этим двум каналам отличаются на 0,6%! Это как раз эффект того типа, который был мне необходим для объяснения возникновения барионной асимметрии Вселенной из нейтрального состояния.
Первая известная мне работа, в которой обсуждаются следствия сохранения СРТ-симметрии и нарушения СР- и С-симметрии, принадлежат Соломону Окубо. Он (с конкретными примерами) формулирует следующие утверждения:
Пусть некое состояние (частица) А распадается по нескольким каналам В1, В2 и т. д., а зарядово-сопряженное состояние А (античастица) распадается по зарядово-сопряженным каналам B1, B2 и т. д. Тогда:
1) Из СРТ-симметрии следует, что масса А равна массе A, и полная вероятность распада А равна полной вероятности распада A (полная вероятность – сумма вероятностей распада по всем возможным каналам).
2) Нарушение СР-симметрии приводит к тому, что вероятности распада по каналам могут быть различны для частиц и античастиц, т. е. вероятность канала B1 не равна вероятности канала B1 и т. д.
Именно эти два утверждения, наряду с нарушением барионного заряда, легли в основу моей работы. На экземпляре работы, который я подарил в 1967 году Евгению Львовичу Фейнбергу, я написал такой эпиграф:
Из эффекта С. Окубопри большой температуредля Вселенной сшита шубапо ее кривой фигуре.
Перехожу теперь к обсуждению другой предпосылки работы – к нарушению барионного заряда.
В отличие от только что обсужденной она являлась гипотезой, причем, как я уже отмечал, такой, которая шла вразрез с установившимися в науке тех лет убеждениями. Отчасти поэтому моя работа тогда привлекла мало внимания.
В хорошей книге Зельдовича и Новикова (вышедшей в свет в 1975 году!)1 есть параграф, посвященный гипотезе нарушения барионного заряда и объяснению с ее помощью барионной асимметрии Вселенной. Общее отношение – определенно отрицательное.
Когда я писал свою работу, я знал о предложении Ли и Янга попытаться обнаружить на опыте поле, обусловленное барионным зарядом (мне рассказал об этом предложении Я. Б. Зельдович). Наличие такого поля явилось бы подтверждением сохранения барионного заряда, подобно тому, как наличие у электрически заряженных тел кулоновского электрического поля является «гарантом» сохранения электрического заряда. Аналогично – гравитационное поле, существующее в окрестности любой системы тел (на «бесконечности»), однозначно связано с сохраняющейся массой системы (или энергией, по формуле Эйнштейна). В общем, из самого факта существования дальнодействующего поля (т. е. убывающего обратно пропорционально квадрату расстояния) следует, что оно вызвано какой-то сохраняющейся субстанцией. Обратное заключение – что отсутствие поля означает отсутствие соответствующей сохраняющейся величины – не является логически обязательным, но оно весьма правдоподобно.
По существу, независимость ускорения свободного падения тел от их химического состава, которую проверял Галилей, бросая разные предметы с Пизанской башни, одновременно указывает на отсутствие барионного поля. Эти опыты Галилея явились началом современной экспериментальной науки, в этом их историческое значение. Теперь, с высоты знаний ХХ века, мы можем сказать, что Галилей закладывал основы теории тяготения Эйнштейна (принцип эквивалентности инертной и тяготеющей массы) и проверял, существуют ли не гравитационные и не электрические силы дальнодействия – что, в частности, имеет отношение к проблеме барионного заряда. Заметим, что, если бы обнаружилось различие ускорений, это имело бы большие последствия. И всегда есть опасность (или надежда), что при дальнейшем уточнении что-нибудь обнаружится. Опыты Галилея подвергались уточнению много раз. Вскоре после него – Ньютоном, использовавшим маятники из разных материалов. В нашем веке – в опытах Этвеша, затем Дике и, наконец, Брагинского и Панова, со все возрастающей точностью, достигшей у Брагинского и Панова 10-12 – 10-13 (по-прежнему с негативным результатом).
Я узнал совсем недавно, что в 1964 году (т. е. до меня, так же как до Янга и Ли) Стивен Вейнберг, исходя из отсутствия барионного поля, предположил, что барионный заряд не сохраняется. Он также обсуждал возможную связь этого с космологией. В своей популярной книге (1977 год) о космологии «Первые три минуты» – я уже отсылал к ней читателя – Вейнберг не упоминает о своей гипотезе, видимо не придавая ей значения.
Я должен сказать, что в работе 1967 года я предложил конкретный механизм нарушения барионного заряда, который, по-видимому, не имеет отношения к действительности. В 1970 году появилась интересная работа по проблеме возникновения барионной асимметрии Вадима Кузьмина (со ссылкой на мою работу), затем – работа Пати и Салама, в которых предлагались другие гипотезы относительно механизма нестабильности протона. Они также, по-видимому, не соответствуют природе. Важный принципиальный шаг был сделан Джорджи и Глешоу в 1974 году.
(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
