Семипроцентная поправка

Задача состояла в том, чтобы выяснить законы бета-распада. Судя по всему, существовали две частицы, именовавшиеся тау и тета. Массы их были вроде бы почти одинаковыми, но при этом одна распадалась на два пиона, а другая – на три. И не только массы, одинаковыми были, по странному совпадению, и времена их жизни. В общем, они вызывали всеобщий интерес.

Я присутствовал на конференции, где было сделано сообщение о том, что под каким бы углом и с какими бы энергиями ни происходило в циклотроне рождение этих частиц, рождаются они всегда в одинаковой пропорции – столько-то тау и столько-то тета.

Ну так вот, простейшая из возможностей состояла, естественно, в том, что это одна и та же частица, которая иногда распадается на два пиона, а иногда на три. Однако ее никто допускать не желал, поскольку существует закон четности, основанный на положении, согласно которому все законы физики обладают зеркальной симметрией, и он гласит, что если частица распадается на два пиона, то на три она распадаться не может.

Я в то время был не вполне в курсе всех этих дел – несколько отстал от развития событий. Все участники конференции выглядели людьми весьма знающими, а я чувствовал, что как-то не поспеваю за ними. Во время конференции я жил в одном номере с экспериментатором Мартином Блоком. И однажды вечером он спросил у меня:

– А почему вы, ребята, так цепляетесь за этот закон четности? Может, тау и тета и есть одна частица. Что, собственно, стрясется, если закон четности окажется неверным?

Я с минуту подумал и ответил:

– Это будет означать, что законы природы различны для правой и левой руки, что можно, опираясь на физические явления, определить, какая из рук правая. Что в этом такого уж страшного, я не знаю, наверное, отсюда может проистекать нечто дурное, но что именно, мне неизвестно. Вы бы завтра задали этот вопрос настоящим специалистам.

А он сказал:

– Да они меня и слушать не станут. Я потому у вас и спрашиваю.

На следующий день, когда мы обсуждали на конференции загадку тау-тета, Оппенгеймер сказал:

– Нам требуются новые идеи, более широкий подход к этой проблеме.

Я встал и произнес:

– Я хотел бы задать вопрос от имени Мартина Блока: что произойдет, если закон четности окажется неверным?

Марри Гелл-Манн после поддразнивал меня, говоря, что мне не хватило смелости задать этот вопрос от собственного имени. Однако причина состояла вовсе не в этом. Мне и самому идея Мартина казалась очень значительной.

Ли – тот, который Ли и Янг, – дал ответ, однако очень сложный, я, как обычно, ничего толком не понял. Под конец того заседания Блок спросил у меня, что сказал Ли, и я ответил, что, вообще-то, не знаю, но, насколько я понял, вопрос пока остается открытым, – возможность нарушения закона четности существует. Не так чтобы очень надежная, думал я, но все же возможность.

Норм Рамзей поинтересовался: как я считаю, не следует ли ему попытаться экспериментально доказать нарушение закона четности.

Я ответил:

– Я вам так скажу: готов поставить пятьдесят против одного, что ничего вы не обнаружите.

Он сказал:

– Меня такое пари устраивает.

Однако эксперимента все же не поставил.

Так или иначе, У Цзяньсюн получила экспериментальное доказательство нарушения закона четности, и это открыло перед теорией бета-распада массу новых возможностей. Не говоря уже о множестве экспериментов, которые начали после этого открытия ставиться. Кто-то показал, что электроны вылетают из ядра закрученными влево, кто-то – что вправо, в общем, экспериментов ставилось многое множество и открытий, связанных с нарушением закона четности, тоже совершалось немало. Однако получаемые данные были настолько противоречивыми, что свести их в единую картину никому не удавалось.

Наступило время ежегодной Рочестерской конференции. Я все еще отставал от развития событий, а между тем Ли сделал на конференции доклад о нарушениях закона четности. Они с Янгом пришли к заключению, что такое нарушение имеет место, и теперь Ли рассказывал о разработанной ими теории, которая его объясняла.

На время конференции я остановился в Сиракузах, у моей сестры. Я принес туда с конференции текст доклада Ли и сказал сестре:

– Совершенно не понимаю, о чем толкуют Ли и Янг. Уж больно у них все сложно.

– Да нет, – ответила она, – дело не в том, что ты не способен это понять, а в том, что ты не сам это придумал. Если бы ты самостоятельно разработал такую теорию, опираясь на исходные данные, все было бы иначе. Ты представь, что снова превратился в студента, поднимись с их докладом в свою комнату, прочти его от точки до точки, проверь уравнения. И сам увидишь, все очень просто.

Я внял ее совету, досконально все проверил и обнаружил – все действительно просто и даже очевидно. Я боялся читать доклад Ли лишь потому, что полагал, будто он для меня слишком сложен.

И тут я вспомнил об одной моей давней работе, в которой мне пришлось иметь дело с несимметричными относительно отражения уравнениями. Теперь, когда в голове у меня прояснилось, я взглянул на уравнения Ли и понял, что решение проблемы намного проще: все частицы рождаются с левой спиральностью. Для электрона и мюона полученные мной на основе этой идеи предсказания совпали с предсказаниями Ли, только некоторые знаки поменялись на противоположные. Мне не пришло тогда в голову, что Ли взял лишь простейший пример мюонной связи и не смог доказать, что все мюоны должны иметь правую спиральность, тогда как из моей теории это следовало автоматически. То есть я, вообще-то говоря, доказал много больше Ли. Знаки у меня получились иные, и я не сообразил, что, помимо прочего, вывел и правильный характер поляризации.

Я предсказал несколько явлений, экспериментально никем еще не подтвержденных, однако, когда дело дошло до нейтрона с протоном, мне не удалось согласовать мои результаты с тем, что было тогда известно о нейтрон-протонном взаимодействии, у меня получилась какая-то каша.

На следующий день я пришел на заседание конференции, и милейший человек по имени Кен Кейз, которому предстояло сделать доклад, пожертвовал мне пять минут выделенного ему времени, чтобы я мог изложить свою идею. Я сказал, что убежден: все взаимодействия являются левосторонними, а знаки для электрона и мюона должны быть противоположными, но что с нейтроном мне справиться пока не удалось. Некоторое время спустя экспериментаторы обратились ко мне с вопросами относительно моих предсказаний, а затем я уехал на лето в Бразилию.

Возвратившись в Соединенные Штаты, я решил выяснить, что нового стало известно о бета-распаде. Я поехал в Колумбийский университет, где находилась лаборатория профессора У, ее там не застал, однако поговорил с другой женщиной, показавшей мне все данные, все хаотичные числа, которые никак ни с чем не согласовывались. Электроны, которым, согласно моей модели, полагалось рождаться при бета-распаде с левой спиральностью, оказывались в некоторых случаях правоспиральными. В общем, ничто ни с чем не сходилось.

Приехав в Калтех, я поинтересовался у тамошних экспериментаторов, какова ситуация с бета-распадом. Помню, трое из них, Ханс Йенсен, Альдерт Вапстра и Феликс Бем, усадили меня на табурет и принялись сыпать фактами: результатами экспериментов, ставившихся в других городах страны, и своих собственных. Людей этих я знал хорошо, знал, насколько они скрупулезны в работе, и потому к их результатам отнесся с большим вниманием, чем к другим. Полученные ими данные были не такими противоречивыми, как у других экспериментаторов, собственно, они включали в себя и эти другие – и их собственные.

В общем, вывалили они на меня все это, а потом говорят: – Положение запуталось настолько, что под сомнением оказались вещи, которые годами считались точно установленными, – та же идея, что бета-распад нейтрона описывается произведением скаляра (S) на тензор (Т) в лагранжиане. С ней тоже все неясно. Марри говорит, что там может даже идти речь о произведении аксиального (А) и коаксиального (V) токов.

Я соскочил с табурета и завопил:

– Ну тогда я понял ВСЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕ!

Они решили, что я дурака валяю. Однако это было не так – тогда, во время Рочестерской конференции, мне никак не удавалось справиться с нейтронно-протонными преобразованиями: у меня сходилось все, кроме них, однако если заменить ST-взаимодействие на VA-взаимодействие, объяснялся и их случай. Я получил непротиворечивую теорию!

В ту ночь я провел с ее помощью кучу расчетов. Первым делом я просчитал скорости распада моюна и нейтрона. Если моя теория была верна, эти скорости должно было связывать определенное соотношение, – и оно оказалось верным с точностью до 9 процентов. А 9 процентов – точность очень хорошая. Бывает, конечно, и лучше, однако и эта весьма недурна.

Затем я занялся проверкой кое-каких других вещей, все сходилось, в том числе и новые данные, – она здорово меня взволновала, эта сходимость новых данных. В первый и единственный за всю мою жизнь раз я получил новый закон природы, никому еще не известный. (Разумеется, это не совсем так, впоследствии выяснилось, что, по крайней мере, Марри Гелл-Манн, а также Сударшан и Маршак разработали аналогичную теорию, однако это моей радости не испортило.)

Раньше я занимался тем, что брал чью-нибудь теорию и совершенствовал использованный в ней метод вычислений или брал уравнение, такое, скажем, как уравнение Шредингера, и объяснял с его помощью некое физическое явление, например поведение гелия. То есть уравнение нам известно, явление тоже, но как первое работает применительно ко второму?

Я вспомнил о Дираке, который вывел новое уравнение, описывающее поведение электрона, – вот и у меня было новое уравнение бета-распада, не такое, конечно, важное, как дираковское, но тоже отнюдь не плохое. Как-никак, я открыл новый закон природы.

Я позвонил в Нью-Йорк сестре и поблагодарил ее за то, что она заставила меня прочитать тот доклад Ли и Янга на Рочестерской конференции. Тогда я чувствовал себя человеком отсталым, а теперь оказался в первых рядах, сделал открытие – и все благодаря ее совету. Я снова окунулся, так сказать, в физику и хотел сказать ей за это спасибо. И пояснил, что все у меня сходится с точностью до 9 процентов.

Взволнован я был сильно и продолжал проводить расчеты, и все, что когда-то казалось ни в какие ворота не лезущим, сходилось автоматически, без моих усилий.

Ночь шла, я работал, сидя за столиком у окна кухни, – времени было уже часа два или три. Я продолжал трудиться, результаты получались отличные, я весь ушел в это занятие, а за окном было темно, тихо… и вдруг от него донесся громкий звук – ТУК-ТУК-ТУК-ТУК. Я глянул в окно, а там чье-то белое лицо, всего в нескольких дюймах от моего – я просто завопил от ужаса и удивления!

Это была одна хорошо мне знакомая дама, она рассердилась на меня за то, что я вернулся из отпуска и не позвонил ей сразу, чтобы об этом сообщить. Я впустил ее в дом, попытался объяснить, что страшно занят сейчас, что сделал открытие, что все это очень важно. И сказал:

– Очень тебя прошу, иди домой и дай мне все закончить.

А она ответила:

– Ничего, я тебе мешать не буду. Просто посижу в гостиной.

– Ладно, – говорю, – посиди, но имей в виду, я буду очень занят.

Разумеется, ни в какой гостиной она сидеть не стала. То, что она проделала, наилучшим образом описывается так: уселась на корточки в углу кухни и сжала перед собой ладони, не желая мне «мешать». На самом-то деле еще как желала! И ей это удалось – не обращать на нее внимания я просто не мог. Я разозлился, расстроился – ну, не мог я выносить ее присутствие, и все тут. Мне нужно было расчеты проводить, я совершил большое открытие, и оно было для меня важнее этой женщины – по крайней мере в ту ночь. Не помню, как я ее в конечном итоге выставил, но помню, что это было непросто.

Я проработал еще какое-то время, час был совсем уже поздний, и я вдруг почувствовал голод. И пошел по главной улице города к ресторанчику, стоявшему кварталах в пятидесяти от моего дома, – я и раньше часто заглядывал в него по ночам.

При этом меня нередко останавливала полиция; дело в том, что дорогой я думал, иногда вставал на месте, – у меня вдруг возникала идея настолько сложная, что на ходу управиться с ней было невозможно, требовалось ее как следует осмыслить. Вот я и останавливался и поднимал перед собой руки, мысленно говоря: «Расстояние между этим и этим таково, значит, все должно поворачивать туда…»

Я стоял на улице, размахивал руками, и тут подъезжала полицейская машина и меня спрашивали:

– Ваше имя? Где вы живете? Что тут делаете?

– О! Простите. Я просто задумался. Живу здесь. Часто бываю в ресторане, который…

В конце концов полицейские привыкли ко мне и больше внимания на меня не обращали.

Ну так вот, пришел я в ресторан, принялся за еду, однако взволнован был до того, что не удержался и сказал официантке: сегодня я совершил открытие. Мы разговорились, она рассказала, что муж у нее пожарник или лесничий – что-то в этом роде. Она так одинока, – в общем, много чего наговорила, нисколько мне не интересного. Ну а дальше – сами понимаете.

На следующее утро я, придя в институт, сразу направился к Вапстре, Бему и Йенсену и сказал им:

– Мне удалось все обсчитать. Все сходится.

Присутствовавший при этом Кристи поинтересовался:

– А какую постоянную бета-распада вы использовали?

– Приведенную в книге Такого-то.

– Ну так выяснилось, что она неверна. Недавние измерения показали, что эта константа содержит ошибку в 7 процентов.

Я сразу же подумал о моих девяти. Ну просто наваждение какое-то: я прихожу домой, развиваю теорию, которая дает для распада нейтрона результаты, содержащие погрешность в 9 процентов, и на следующее же утро мне объявляют, что данные, которыми я при этом пользовался, изменились на 7 процентов. Вопрос только в том, как в итоге изменятся мои результаты – получу ли я вместо 9 процентов 16, что уже плохо, или 2, что совсем хорошо?

И в этот момент позвонила из Нью-Йорка сестра:

– Ну, как твои 9 процентов, что нового?

– Я только что узнал, что существуют новые данные: все меняется на 7 процентов…

– В какую сторону?

– Это я и пытаюсь выяснить. Попозже перезвоню.

Взволнован я был настолько, что даже думать не мог. Я чувствовал себя человеком, который спешит на самолет, боится, что он опоздал, и вдруг слышит: «Сегодня ночью на час сдвинули время». Да, но в какую сторону? Тут уж не до сосредоточенных размышлений.

Ну-с, Кристи уходит в один кабинет, я в другой, – нам обоим необходимо продумать все в тишине и покое: этот результат изменяется в ту сторону, тот в эту – в сущности, ничего такого уж сложного, зато очень интересно.

Кристи появляется из своего кабинета, я из своего, – оба пришли к одному выводу: 2 процента, а это лежит в пределах ошибки эксперимента. В конце концов, если постоянную изменили на 7 процентов только что, то эксперименты, которые к этому привели, вполне могли содержать ошибку в 2 процента. Я звоню сестре: «Два процента». Моя теория верна.

(На самом-то деле – нет: мы ошиблись на 1 процент – по причине, которую не учли и которую уже позже обнаружил Никола Кабиббо. Так что эти 2 процента порождались не только экспериментом.)

Марри Гелл-Манн, проанализировав и объединив наши идеи в одно целое, написал посвященную этой теории статью. Теория получилась довольно изящная – относительно простая и описывающая очень многое. Но, как я уже говорил, хаотичных данных существовало великое множество. И мы пошли так далеко, что в некоторых случаях позволяли себе утверждать: такие-то и такие-то эксперименты ошибочны.

Хороший пример сказанного дает поставленный Валентином Телегди эксперимент, в котором измерялось число электронов, распространяющихся в каждом из направлений при распаде нейтронов. Из нашей теории следовало, что число этих электронов должно быть одним и тем же для любого направления, а Телегди показал, что в одном из направлений электронов улетает на 11 процентов больше, чем во всех прочих. Экспериментатором Телегди был великолепным, очень дотошным. И однажды, разговаривая с кем-то, он сказал о нашей теории: «Беда теоретиков в том, что они никогда не обращают внимания на эксперименты!»

Он еще и письмо нам прислал – не то чтобы разгромное, но тем не менее показывавшее, что он убежден в ошибочности нашей теории. В конце письма говорилось: «Посвященная бета-распаду теория ФГ (Фейнмана-Гелл-Манна) – это, скорее всего, ФиГня».

Прочитав его письмо, Марри говорит:

– Ну и что будем делать? Ты же понимаешь, Телегди – человек серьезный.

А я отвечаю:

– Давай просто подождем.

И два дня спустя мы получаем от Телегди другое письмо. Он полностью переменил свои взгляды. Приглядевшись к нашей теории, он обнаружил, что не учел одной возможности: протоны отлетают от нейтронов в разных направлениях по-разному. А он полагал, что одинаково. И, введя поправки, предсказанные нашей теорией, взамен тех, которыми он пользовался прежде, Телегди получил результаты, полностью с ней согласующиеся.

Я же знал, что физик Телегди превосходный и оспорить его мнение нам было бы очень трудно. Однако к тому времени у меня сложилось убеждение, что с его экспериментом не все ладно и что он сам это обнаружит – у него оно получится намного лучше, чем у нас. Потому я и сказал Марри, что нам этим заниматься не стоит, лучше подождать.

Я пошел к профессору Бейчеру, поведал ему о нашем успехе, а он сказал: «Вот вы говорите, что нейтрон-протонная связь описывается векторным током, а не тензором. А все считают, что именно тензором. Но где же фундаментальный эксперимент, который это доказывает? Вы бы просмотрели самые ранние эксперименты и выяснили, что в них не так».

Я нашел оригинальную статью, посвященную эксперименту, из которого следовало, что нейтрон-протонная связь описывается тензором, и испытал просто-напросто потрясение, поскольку вспомнил, как, читая ее впервые (в те дни «Физикал ревью» был тоньше, чем сейчас, и я прочитывал его от корки до корки) и взглянув на приведенную в ней кривую, подумал: «Она же ничего не доказывает!»

Понимаете, выводы, сделанные в этой статье, основывались на двух последних точках экспериментальной кривой, а существует принцип, согласно которому последняя точка такой кривой хорошей не бывает, потому что, если бы она была хороша, удалось бы получить и еще одну точку. И я понял, что все утверждения относительно тензорного характера нейтрон-протонного взаимодействия основываются на этой последней точке, а она недостоверна и, стало быть, доказывать ничего не может. И ведь я же отметил это сразу!

А напрямую заинтересовавшись этой темой, я прочитал кучу статей «специалистов по бета-распаду», уверявших, что взаимодействие должно описываться тензором. В экспериментальные данные я попросту не заглядывал, а только читал, как полный дурак, отчеты экспериментаторов. Если бы я был хорошим физиком, то еще во время Рочестерской конференции, на которой у меня появилась самая первая идея, сразу поинтересовался бы: «А насколько надежны наши сведения о тензорном характере этого взаимодействия?» – что и оказалось бы самым разумным вопросом. И уже тогда вспомнил бы, что давным-давно отметил неудовлетворительность этого утверждения.

С тех пор я на «специалистов» никакого внимания не обращаю, а провожу все расчеты сам. Когда мне сказали, что теория кварков чудо как хороша, я попросил двух докторов – Финна Равндала и Марка Кислингера – просмотреть вместе со мной все посвященные ей работы, чтобы я смог убедиться: да, эта теория действительно дает достаточно непротиворечивые результаты, она действительно хороша. Той моей ошибки, чтения выводов «специалистов», я никогда больше не совершал. Разумеется, жизнь у каждого из нас только одна, и, когда вы совершаете все положенные вам ошибки и начинаете понимать, чего вам делать не следует, тут-то она к концу и подходит.