Решение с семипроцентной поправкой

Решение с семипроцентной поправкой

Задача состояла в том, чтобы определить правильные законы бета-распада. Судя по всему, существовали две частицы, которые назывались тау и тета. Похоже, что они имели практически одинаковую массу, но одна расщеплялась на два пиона, а другая — на три. Но помимо одинаковой массы они имели и одинаковое время жизни — весьма забавное совпадение. И потому эта задача занимала всех.

На съезде, который я посетил, доложили, что при создании этих частиц в циклотроне при различных углах и энергиях, они всегда создаются в одинаковом соотношении: столько-то тау по сравнению со столькими-то тета.

Безусловно, существовала возможность того, что это одна и та же частица, которая иногда распадается на два, а иногда на три пиона. Однако никто этой возможности не допускал, потому что существует закон, называемый правилом четности, который основан на допущении о зеркальной симметричности всех законов физики и гласит, что частица, способная расщепляться на два пиона, не способна расщепляться на три.

В тот раз я оказался не совсем в курсе дела: несколько отстал. Все выглядели столь осведомленными, и мне казалось, что я просто не успеваю за ними. Как бы то ни было, тогда я жил в одной комнате с Мартином Блоком, который проводил эксперименты. И однажды вечером он мне сказал: «Почему Вы так настаиваете на этом правиле четности? Быть может, тау и тета — это одна и та же частица. Что произошло бы, если бы правило четности оказалось ложным?»

Я немного подумал и сказал: «Это значило бы, что законы природы различны для правой руки и для левой, что существует способ определить правую руку с помощью физических явлений. Не знаю, так ли это ужасно, хотя какие-то плохие последствия должны быть, но мне они не известны. Почему бы тебе завтра не спросить об этом экспертов?»

Он сказал: «Нет, меня они не послушают. Спроси ты».

Таким образом, когда на следующий день, на заседании, мы начали обсуждать загадку тау-тета, Оппенгеймер сказал: «Нам нужно услышать какие-то новые, нелепые идеи насчет этой проблемы».

Тогда я встал и сказал: «Я задаю этот вопрос от имени Мартина Блока: Что произошло бы, если бы правило четности оказалось ложным?»

Мюррей Гелл-Манн частенько дразнил меня на это счет, говоря, что у меня не хватило смелости задать этот вопрос от своего имени. Но дело не в этом. Я полагал, что эта мысль может иметь значение.

Ли, тот самый Ли, который работал с Янгом, ответил что-то очень сложное, и я, как обычно, не совсем понял, о чем он говорит. В конце заседания Блок спросил меня, что он сказал, и я ответил, что не знаю, но, насколько я понимаю, вопрос все еще остается открытым — такая возможность существует. Я не считал это вероятным, но полагал, что это вполне возможно.

Норман Рамзей спросил, как я считаю, сто?ит ли ему провести эксперимент, чтобы попытаться обнаружить, что закон четности может нарушаться, и я ответил: «Чтобы тебе было понятнее, скажу: я ставлю пятьдесят против одного, что ты ничего не найдешь».

Он сказал: «Для меня это не так уж плохо». Но эксперимента так и не провел.

Как бы то ни было, несохранение закона четности все же было обнаружено экспериментально; его открыла Ву, и благодаря этому открытию появилось множество новых возможностей для теории бета-распада. Кроме того, это открытие повлекло за собой множество новых экспериментов. В одних экспериментах ядра из спина вылетали влево; в других — вправо; в связи с четностью проводилось великое множество экспериментов и было сделано много всевозможных открытий. Однако результаты были столь беспорядочными, что никто не мог собрать их в единое целое.

В какой-то момент в Рочестере состоялась встреча — ежегодная Рочестерская конференция. Я опять-таки плелся в хвосте, а Ли делал доклад по несохранению закона четности. Они с Янгом пришли к выводу, что четность нарушается, и теперь он выдвигал свою теорию этого нарушения.

Во время конференции я жил у своей сестры в Сиракузах. Принеся доклад домой, я сказал ей: «Я не понимаю, о чем говорят Ли и Янг. Все это так сложно».

— Вовсе нет, — сказала она, — дело не в том, что ты не понимаешь эту теорию, а в том, что это не ты изобрел ее. Ты не смог придумать ее по-своему, когда узнал ключ. Представь, что ты снова стал студентом, возьми этот доклад в свою комнату, прочти каждую строчку, проверь все уравнения. Тогда тебе не составит труда понять его.

Я последовал ее совету, прочитал всю работу и нашел ее весьма простой и совершенно очевидной. Я просто боялся читать ее, считая слишком сложной.

Это напомнило мне кое-какие наблюдения, которые я сделал давным-давно, занимаясь лево-правонесимметричными уравнениями. Теперь, вглядевшись в формулы Ли, я понял, что задача решается очень просто: связь всех частиц левовинтовая. Для электрона и мюона я предсказывал то же самое, что и Ли, за исключением нескольких знаков там и тут. Я в тот момент не понял, что Ли рассмотрел только простейший пример мюонной связи, и не доказал, что все мюоны в конечном состоянии правополяризованные, тогда как, согласно моей теории, все мюоны автоматически получались полностью поляризованными. Таким образом, я даже получил результат, которого у Ли не было. У меня были другие знаки, но я не осознал, что помимо знаков я предсказал правильную поляризацию.

Я предсказал несколько других величин, которые еще никто экспериментально не измерил, но когда дело дошло до протона и нейтрона, я не смог втиснуть их в те данные о константах связи, которые были в то время известны — картина получалась грязной.

На следующий день, когда я пришел на конференцию, очень добрый человек, Кен Кейз, который должен был делать доклад о чем-то, уступил мне пять минут от своего времени, чтобы я мог рассказать о своих идеях. Я сказал, что совершенно уверен, что связь всех частиц левовинтовая, а знаки для электрона и мюона получаются обратные, но с нейтроном дело плохо — продолжаю сражаться. Позднее экспериментаторы задали мне несколько вопросов о моих предсказаниях, а потом я уехал в Бразилию на все лето.

Вернувшись в Соединенные Штаты, я тут же захотел узнать, как обстоит дело с бета-распадами. Я поехал в лабораторию профессора Ву, которая находилась в Колумбии; ее саму я там не застал, но другая женщина показала мне всевозможные данные, разные хаотические числа, которые ни во что не укладывались. Электроны, которые в моей модели должны были рождаться в бета-распаде полностью левополяризованными, получались в некоторых ситуациях правополяризованными. Ничто ни с чем не сходилось.

После возвращения в Калтех я спросил у экспериментаторов, что происходит с бета-распадами. Я помню трех парней — Ханс Йенсен, Олдер Вапстра и Феликс Бем, — они усадили меня на небольшой табурет и начали наперебой выкладывать все, что знали: экспериментальные данные из других частей страны и свои собственные. Поскольку я хорошо знал этих ребят и то, как тщательно они проводят эксперименты, я больше полагался на их результаты, чем на чужие. Их результаты, при отдельном рассмотрении, были не столь противоречивы; мешанина возникала только при сравнении их данных с данными других групп.

Наконец, я все в себя впитал и тут они сказали, что ситуация такая запутанная, что даже некоторые из давно установленных фактов стали подвергать сомнению, например, то, что бета-распад нейтрона происходит за счет S и T связи. Черт-те что. Мюррей говорит, что, может быть, бета-распад идет за счет V и A связи.

Я подпрыгиваю на табуретке и говорю: «Но тогда мне ясно ВСССССЕ!»

Они подумали, что я шучу. Но ведь на конференции в Рочестере я споткнулся именно на распадах нейтрона и протона: все укладывалось в мою модель, кроме них, но если это был V и A вариант, а не S и T, с ними тоже будет все в порядке. Таким образом, у меня в руках полная теория!

Той ночью я подсчитал все, что можно, с помощью своей теории. Первым делом я вычислил скорость распадов мюона и нейтрона. Если моя теория правильна, то они должны быть связаны определенным соотношением; она оказалась правильной с точностью до 9 процентов. Это довольно точно, девять процентов. Конечно, могло бы быть и лучше, но и этого вполне достаточно.

Я продолжил свою работу, проверил кое-что еще, что подошло к моей теории, потом еще кое-что подошло, еще кое-что, все это привело меня в совершеннейший восторг. Впервые за всю свою карьеру ученого, и это случилось лишь однажды, я знал закон природы, которого не знал никто другой. (Конечно же, это было не так, но даже тогда, когда я впоследствии узнал, что, по крайней мере, Мюррей Гелл-Манн, а также Сударшан и Маршак разработали ту же самую теорию, это не испортило мою радость.)

Все, что я делал раньше, сводилось к тому, что я брал чью-то теорию и совершенствовал метод вычисления или использовал уравнение, например, уравнение Шредингера, чтобы объяснить какое-то явление, например, что происходит с гелием. Мы знаем и уравнение, и явление, но как все это работает?

Я подумал о Дираке, который тоже открыл новое уравнение — уравнение, показывающее поведение электрона, — у меня же было новое уравнение бета-распада, которое хоть и не было таким жизненно важным, как уравнение Дирака, было отнюдь не плохим. Это был единственный раз, когда я открыл новый закон.

Я позвонил в Нью-Йорк своей сестре, чтобы поблагодарить ее за то, что она заставила меня сесть и проработать ту статью Ли и Янга на Рочестерской конференции. После ощущения свой отсталости, которое вызывало у меня чувство дискомфорта, теперь я был в деле; я сделал открытие именно из того, что она предложила мне. Я смог, так сказать, вновь войти в физику и хотел поблагодарить ее за это. Я сказал ей, что все встало на свои места, кроме девяти процентов.

Я был очень взволнован и продолжал вычислять; у меня появлялись все новые и новые данные, которые подходили к моей теории: причем все получалось совершенно автоматически, без каких-либо усилий с моей стороны. Теперь я уже начал забывать о девяти процентах, потому что все остальное полностью соответствовало теории.

Я упорно трудился до поздней ночи, сидя за маленьким столиком в кухне у окна. Становилось все позднее и позднее: было часа два или три утра. Я упорно работаю, собирая все свои вычисления и объединяя их с тем, что соответствует моей теории, я размышляю, я сосредоточен, на улице темно, тихо… когда вдруг раздается ТУК-ТУК-ТУК-ТУК — громко, в окно. Я выглядываю, вижу белое лицо прямо за окном, в нескольких дюймах, и ору от неожиданности и удивления!

Это была одна моя знакомая, которая разозлилась на меня за то, что, вернувшись из отпуска, я тут же не позвонил ей, чтобы сообщить о своем прибытии. Я впустил ее и попытался объяснить, что сейчас я очень занят, что я кое-что открыл и что это очень важно. Я сказал: «Пожалуйста, уйди и дай мне закончить».

Она сказала: «Нет, я не хочу докучать тебе. Я просто посижу в гостиной».

Я сказал: «Ладно, хорошо, но это довольно сложно».

Но она не просто сидела в гостиной. Лучше всего я это выражу, если скажу, что она приютилась в уголке и сложила руки, не желая «докучать» мне. Но, конечно же, целью ее было вытрясти из меня душу! В этом она преуспела — я не мог не обращать на нее внимания. Я очень рассердился и огорчился, я не мог так работать. Мне нужно было вычислять; я делал великое открытие, был ужасно взволнован, не знаю, как это случилось, но мое открытие оказалось для меня важнее ее — по крайней мере, в тот момент. Я не помню, как мне удалось ее выдворить, но это было невероятно сложно.

Поработав еще немного — было уже совсем поздно, — я проголодался. Тогда я отправился по главной улице к небольшому ресторанчику, который находился в пяти или десяти домах от меня. Я уже и раньше делал это по ночам.

Сначала меня частенько останавливали полицейские, потому что я обыкновенно шел, размышлял, а потом вдруг останавливался: иногда в голову приходит довольно сложная мысль, так что идти дальше становится просто невозможно, сначала нужно в чем-нибудь убедиться. Итак, я останавливался и иногда простирал руки в воздух, говоря себе: «Расстояние между этими таково, а потом это поворачивается в этом направлении…»

Я стоял на улице и размахивал руками, когда ко мне подходили полицейские: «Как Вас зовут? Где Вы живете? Что Вы делаете?»

— О! Я просто размышлял. Извините; я живу здесь и часто хожу в ресторан… — Вскоре они уже знали, что это за тип, и больше не останавливали меня.

Итак, я пришел в ресторан, и я так взволнован, что за едой рассказываю официантке, что я только что сделал открытие. Она включается в разговор и сообщает, что ее муж то ли пожарный, то ли лесничий, то ли кто-то в этом роде. Она очень одинока, и все в том же духе, в общем, все, до чего мне нет дела. Так что и такое случается.

На следующее утро, придя на работу, я подошел к Вапстре, Бему и Йенсену и сказал им: «Я разработал всю теорию. Все встало на свои места».

Кристи, который тоже был там, сказал: «А какую постоянную бета-распада ты использовал?»

— Постоянную из книги Того-то.

— Но ведь это неправильная постоянная. Недавние измерения показали, что она содержит ошибку в семь процентов.

Вот тогда я вспомнил про девять процентов. Для меня это было как предсказание: я пришел домой и нашел теорию, которая говорит о том, что для нейтронного распада расхождение с данными должно составлять девять процентов, а на следующее утро мне говорят, что, по существу, эта цифра изменилась на 7 процентов. Но изменилась ли она с 9 до 16, что плохо, или с 9 до 2, что хорошо?

Потом из Нью-Йорка звонит моя сестра: «Ну как насчет девяти процентов, что случилось?»

— Я обнаружил, что есть новые данные: семь процентов…

— В какую сторону?

— Я пытаюсь выяснить. Я тебе перезвоню.

Я был так взволнован, что не мог думать. Так бывает, когда спешишь на самолет и не знаешь, опоздал или нет, и никак не можешь понять, когда кто-нибудь говорит: «Это летнее время!» Да, но в какую сторону тогда переводят часы? Когда волнуешься, то просто не можешь думать.

Итак, Кристи пошел в одну комнату, я — в другую, чтобы мы оба могли успокоиться и все обдумать: это движется в этом направлении, то движется в том направлении — в действительности, все оказалось не так уж сложно; просто мы были очень взволнованы.

Вышел Кристи, вышел я, мы оба пришли к одному: два процента, что находится в пределах ошибки эксперимента. Как никак, если постоянную только что изменили на 7 процентов, то ошибка вполне могла составить два процента. Я перезвонил сестре: «Два процента». Теория была правильной.

(На самом же деле, она была неправильной: мы ошиблись на 1 процент по причине, которую не учли и которую уже позднее понял Никола Кабиббо. Так что не все 2 процента оказались экспериментальной ошибкой.)

Мюррей Гелл-Манн сравнил и объединил наши идеи и написал статью по нашей теории. Теория была довольно аккуратной: при своей относительной простоте она соответствовала многим вещам. Но, как я уже говорил, было и очень много хаотических данных. И в некоторых случаях мы зашли так далеко, что утверждали ошибочность некоторых экспериментов.

Хорошим тому примером стал эксперимент Валентина Телегди, в котором он измерил количество электронов, появляющихся в каждом направлении при распаде нейтрона. Наша теория предсказывала, что это количество должно быть одинаковым во всех направлениях, тогда как Телегди обнаружил, что в одном направлении электронов появляется на 11 процентов больше, чем в других. Телегди был хорошим экспериментатором, который очень аккуратно относился к своей работе. И однажды, когда он читал где-то лекцию, он сослался на нашу теорию и сказал: «Беда с теоретиками в том, что они не обращают никакого внимания на экспериментаторов!»

Телегди также послал нам письмо, которое нельзя назвать едким, но в нем все же сквозила его убежденность в ошибочности нашей теории. В конце письма он написал: «Теория бета-распада Ф-Г (Фейнмана–Гелл-Мана) далеко не Фантастически Грандиозна».

Мюррей говорит: «И что будем делать? Ты же знаешь, что Телегди — неплохой экспериментатор».

Я говорю: «Давай подождем».

Через два дня от Телегди приходит другое письмо. Он изменил свое мнение на прямо противоположное. Благодаря нашей теории он обнаружил, что не учел возможность того, что протон отскакивает от нейтрона не во всех направлениях одинаково. Он считал это отскакивание одинаковым. Введя поправки, которые предсказывала наша теория, вместо тех, которые использовал он, он получил другие результаты, которые полностью соответствовали нашей теории.

Я знал, что Телегди — хороший экспериментатор, и идти против него было бы так же трудно, как плыть против течения. Однако к тому времени я уже был убежден, что в его эксперимент закралась какая-то ошибка и что он обязательно ее обнаружит — у него это получится гораздо лучше, чем у нас. Вот почему я сказал, что не нужно ничего предпринимать, а нужно подождать.

Я отправился к профессору Бэчеру и рассказал ему о нашем успехе, на что тот сказал: «Да, Вы приходите и утверждаете, что образование пары нейтрон-протон не T, а V. Все же привыкли считать, что это T. Где фундаментальный эксперимент, который говорит о том, что это T? Почему Вы не просмотрели ранние эксперименты и не выяснили, в чем там проблема?»

Я вышел, нашел первую статью об эксперименте, в которой говорилось, что образование пары нейтрон-протон — это T, и одна вещь меня просто шокировала. Я помню, что я и раньше читал эту статью (еще в те дни, когда я читал каждую статью, которую публиковали в «Физикал ревью» — журнал был не слишком толстый). И, вновь увидев эту статью, я, глядя на кривую, вспомнил: «Это же ничего не доказывает!»

Дело в том, что эта кривая зависела от одной или двух точек, которые находились на конце диапазона всех данных, но существует принцип, что если точка находится на конце диапазона данных, — последняя точка, — то она не слишком хорошая, потому что если бы она была хорошей, то с ее помощью определили бы еще одну точку. Я же понял, что вся идея о том, что образование нейтронно-протонной пары — это T, основана именно на последней точке, которая не слишком хороша, а потому она ничего не доказывает. Я помню, что заметил это!

Когда же я заинтересовался бета-распадом непосредственно, я прочитал все эти отчеты, которые были написаны «специалистами в области бета-распада» и утверждали, что это T. Я даже не взглянул на первоначальные данные; я, как последний осел, читал только отчеты. Если бы я действительно был хорошим физиком, то, вспомнив о первой идее, которая пришла ко мне еще на Рочестерской конференции, я бы тут же посмотрел, «насколько точно нам известно, что получается T?» — это было бы разумно. Тогда я бы сразу вспомнил, что я уже заметил, что доказательство было неудовлетворительным.

С тех пор я не обращаю внимания ни на что из того, что утверждают «специалисты». Я все вычисляю сам. Когда мне сказали, что теория кварка довольно хороша, я заставил двух докторов философии, Финна Равндала и Марка Кислингера, проработать со мной абсолютно все только для того, чтобы удостовериться, что эта штука действительно дает результаты, которые вполне ей соответствуют, и что сама теория — вещь довольно приличная. Больше я никогда не совершу такой ошибки: не доверюсь мнению специалистов. Конечно, живешь только однажды, делаешь все ошибки, которые должен сделать, учишься, чего не нужно делать, и это лучшее, чему можно научиться.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.