Квантовый лабиринт. Как Ричард Фейнман и Джон Уилер изменили время и реальность

Несмотря на все это, одной из самых значительных его работ стала соавторская, в компании коллеги по Калтеху, Марри Гелл-Мана, блестящего физика. Выяснилось, что оба они работают над слабым взаимодействием, рассматривая случаи нарушения симметрии пространственной инвариантности, а поскольку исследования проводились в рамках одного университета, то они решили объединить усилия и написать совместную статью.

Фейнмана в это время одолевала неуверенность в том, что он чего-то достиг в физике, поэтому он обратился к совершенно новой для себя области. Его теория квантовой электродинамики нуждалась в перенормировке, ей недоставало математической строгости. Несмотря на то что все признавали ее предсказательную силу, он отклонял перенормировку, называя ее «схемой для запихивания большой проблемы под ковер»¹⁰³.

Еще над Фейнманом висела тень неудачи, постигшей его в работе со сверхпроводимостью.

Слабое взаимодействие выглядело многообещающей темой, поскольку за исключением усилий Энрико Ферми, она оставалась неисследованной и обещала большие открытия. Фейнман хотел двинуться дальше за пределы электродинамики, и слабое взаимодействие представлялось идеальным полем для исследований.

Летом 1957 года он осознал, что комбинация векторного (V) и псевдовекторного взаимодействий (А) может сформировать модель нарушения симметрии пространственной инвариантности, сохраняющую нетронутыми другие физические величины, такие, как заряд. Разница между вектором и псевдовектором (или аксиальным вектором) состоит в том, что последний изменяет направление при отражении.

Чтобы увидеть разницу, встанем перед зеркалом, улыбнемся, вытянем левую руку и покажем большой палец. Если отражение просто улыбнется и повторит жест, пусть даже тем, что выглядит его правой рукой, то ваш большой палец представит собой вектор. Если палец неким образом указывает вниз, а остальные сложены, как вы ожидаете, то он представит собой псевдовектор. Странным образом все будет выглядеть так, что левая рука вашего отражения в зеркале оказалась там, где должна быть правая рука, а большой палец направлен вниз, поскольку пальцы сложены определенным образом.

Фейнман обнаружил, что комбинация V-A отражает удивительное свойство: нейтрино всегда левши, в том смысле, что спин нейтрино (спин вверх или спин вниз) всегда нацелен против того направления, куда оно движется. Аналогия может быть такая – все футбольные мячи, подброшенные в воздух, вращаются по часовой стрелке, если смотреть сверху, и никогда против часовой. В случае с мячом вы можете поймать его и закрутить в противоположном направлении. Но в соответствии с информацией, доступной в то время, нейтрино должны были путешествовать со скоростью света, поскольку не обладают массой (сейчас мы знаем, что крошечная масса у них все же есть). Следовательно, их нельзя поймать и закрутить иначе.

С нейтрино, которые всегда левши и контактируют с помощью слабого взаимодействия с другими леворукими фермионами, космос выглядел несбалансированным. Ничего удивительного, что симметрия пространственной инвариантности нарушалась: зеркальным отражением леворукого нейтрино не могло быть праворукое нейтрино, поскольку таких не существует. Теория соответствовала экспериментальным данным, показывая, что зеркальная симметрия не является фундаментальной, она приложима к электромагнетизму, но не к слабому взаимодействию.

Когда Стивен Вайнберг, Абдус Салам и Шелдон Ли Глэшоу получили на троих одну Нобелевскую премию за разработку унифицированной теории электрослабого взаимодействия (электромагнетизм и слабое вместе), то V-A механизм занимал в их схемах важное место.

Фейнман гордился своей формулировкой V-A, как он сказал историку науки Джагдиш Мера: «Когда я думал об этом, когда я держал все у себя в фокусе внимания, эта проклятая штука просто искрилась, она ярко сверкала! Глядя на нее, я чувствовал, что это первый и единственный раз, когда я знаю закон природы, который больше никто не знает… Я думал “ну вот, я и достиг всего”»¹⁰⁴!

Занимаясь собственным описанием слабого взаимодействия, он не сообразил, что и другие пришли к тем же самым заключениям. Как Фейнман вскоре узнал, физики Джордж Сударшан и Роберт Маршак из университета Рочестера уже определили V-A механизм. Базируясь на работе, завершенной несколько месяцев назад, они выпустили статью в другом журнале практически в то же самое время, что и исследователи из Калтеха в Physical Review. Тем не менее Ричард всегда был удовлетворен тем, что внес вклад в открытие нового закона природы.

Владычица озера

В сентябре 1958 года большое количество выдающихся физиков из США, Западной Европы и Восточного Блока (часть Европы, находившаяся под влиянием СССР) собрались в Женеве, в комплексе зданий ООН, чтобы провести Вторую интернациональную конференцию по мирному использованию атомной энергии. Уилер прибыл в Швейцарию (в 1954-м он посетил и Первую конференцию), оторвавшись от работы с геонами.