____________________________________________________________________________

Оказывается, что законы тяготения, законы электричества, магнетизма и ядерных сил — все они подчиняются принципу симметрии при отражении, так что эти законы, как и всё производное от них, нам не помогут. Но в природе существует явление, происходящее со многими частицами, называемое бета-распадом, или слабым распадом. Один из примеров слабого распада, связанный с частицей, открытой в 1954 году, задал физикам трудную задачу. Существует некоторая частица, которая распадается на три я-мезона, как показано. Эту частицу сначала назвали т-мезон показана также другая частица, которая распадается на два л-мезона; один из них по закону сохранения заряда должен быть нейтральным. Эту частицу назвали 9-мезон. Итак, мы имеем частицу, названную Классический курс сопротивления материалов в решениях задач. Сапунов В.Т.т-мезон и распадающуюся на три л-мезона, и частицу G-мезон, которая распадается на два л-мезона. Вскоре было обнаружено, что т и 8 почти равны по массе; точнее, они были равны в пределах ошибки эксперимента. Далее оказалось, что время, за которое происходит распад соответственно на три и два л-мезона, почти в точности совпадает: длительность жизни обеих частиц одинакова. Далее, всюду, где эти частицы появлялись, они находились в одном и том же соотношении, скажем, 14% т на 86% 0.Любой человек подогадливее сразу же понимает, что это должна быть одна и та же частица, которая имеет два способа распада, а вовсе не две разных частицы. Поэтому мы получили постоянный процент рождения (просто отражающий способы, которыми она распадается). Классический курс сопротивления материалов в решениях задач. Сапунов В.Т.Однако можно доказать (и здесь мы не можем объяснить, как именно), исходя из принципа симметрии при отражении в квантовой механике, что одна и та же частица не может распадаться двумя различными способами. Закон сохранения, соответствующий принципу симметрии при отражении, не имеет классического аналога, и в квантовой механике он был назван сохранением четности. Из принципа сохранения четности, или, точнее, из симметрии уравнений квантовой механики, описывающих слабый распад при отражении, следовало, что одна и та же частица не может иметь два вида распада, так что это должно быть просто совпадение масс, времен жизни и так далее. Но чем больше исследовалась частица, тем более удивительным становились эти совпадения, и постепенно стало расти подозрение, что, возможно, фундаментальный закон природы о симметрии отражения может оказаться неверным. Классический курс сопротивления материалов в решениях задач. Сапунов В.Т.Как результат этой очевидной неудачи, физики Ли и Янг предложили провести другие эксперименты, касающиеся распада, чтобы проверить, выполняется ли закон в других случаях. Первый такой эксперимент был выполнен мисс By в Колумбийском университете, и заключался он в следующем. При использовании очень сильного магнита при очень низкой температуре обнаружилось, что определенный изотоп кобальта, обладающий магнитными свойствами, распадается с испусканием электрона, и если температура настолько низкая, что тепловые колебания не слишком сильно влияют на атомные магнетики, то все они выстраиваются в линию в магнитном поле. Итак, в сильноммагнитном поле все атомы кобальта выстраиваются в линию. Затем они распадаются, испуская электроны, и оказалось, что, когда это происходит в поле, вектор В которого направлен вверх, большинство электронов испускается вниз.Для человека, далекого от мира физики, такое замечание не представляется чем-либо значительным, но для того, кто понимает проблему и интересуется строением нашего мира, это — открытие нашего времени. Если мы помещаем атомы кобальта в чрезвычайно сильное магнитное поле, то большее число вылетевших электронов испускается вниз, чем вверх. Поэтому, если бы мы провели этот эксперимент в «зеркале» так, чтобы атомы кобальта выстроились бы в противоположном направлении, они испускали бы электроны вверх, а не вниз; это явление несимметрично. На полюсе выросли волосы Южный полюс магнита таков, что электроны при p-распаде имеют тенденцию двигаться от него; это отличает физически северный полюс от южного.После этого было проведено множество других экспериментов: распад л-мезона на ц и v; распад ц-мезона на электрон и два нейтрино; распад Л-частицы на протон и л-мезон; распад 1-частицы, и много других распадов. Почти во всех случаях, где это могло ожидаться, обнаружилось, что явления не подчиняются симметрии при отражении! Фундаментально закон физики — закон симметрии при отражении — неверен на этом уровне. Классический курс сопротивления материалов в решениях задач. Сапунов В.Т.Короче говоря, теперь мы можем сообщить марсианину, где у нас расположено сердце. Мы скажем: «Слушай, сделай себе магнит, обмотай его проволокой, пропусти по ней ток, а затем возьми кусок кобальта и охлади его до низкой температуры. Организуй эксперимент таким образом, чтобы испущенные электроны двигались от ног к голове, тогда направление, в котором ток движется через провод — это направление справа налево». Так что теперь можно с помощью подобного эксперимента определить правое и левое.Было предсказано много других свойств. Например, оказалось, что спин, или момент количества движения, ядра кобальта до распада равен 5Л, а после распада 4Л. Электрон уносит часть спина, кроме того, в процессе участвует нейтрино. Отсюда легко видеть, что спин, уносимый электроном, должен быть направлен вдоль направления его движения, то же верно и для нейтрино. Все выглядит так, как будто электрон закручивается влево, и это тоже было проверено. Здесь, в КАЛТЕХ`е, Бём и Уопстра установили, что электроны действительно закручены влево. (Были эксперименты с противоположным результатом, но они оказались ошибочными.) Классический курс сопротивления материалов в решениях задач. Сапунов В.Т.Следующей задачей было нахождение закономерности, с которой происходит нарушение закона сохранения четности. Есть ли правило, которое указывало бы нам, насколько сильным должно быть это нарушение? А правило таково: нарушение происходит только в очень медленных реакциях, называемых слабыми распадами, и если это происходит, то частицы, уносящие спин, — электрон или нейтрино и так далее — испускаются в основном вращаясь влево. Это правило связывает полярный вектор скорости с аксиальным вектором момента количества движения и утверждает, что направление момента количества движения скорее противоположно направлению вектора скорости, чем совпадает с ним. Классический курс сопротивления материалов в решениях задач. Сапунов В.Т.Теперь у нас есть правило, но и сегодня мы не понимаем многих «отчего» и «почему». Почему это правило справедливо, какой фундаментальный смысл скрывается за ним, и как оно связано со всем остальным? В том момент мы были так потрясены самим фактом несимметричности, что были не в силах прийти в себя и понять, как это отразится на всех остальных правилах. Однако проблема эта интересна, современна и все еще не решена, поэтому вполне уместно обсудить некоторые вопросы, связанные с ней.