Розділ без назви (25)

Швінґер серйозно поставився до ідеї Янга — Міллза. Мабуть, його привабила її математична краса. Того ж 1957 року, коли відкрили порушення парності, Швінґер висунув сміливе та на перший погляд дуже малоймовірне припущення, що слабка взаємодія, відповідальна за розпад нейтронів на протони, електрони та нейтрино, може мати вигоду від можливості існування полів Янга — Міллза, проте в новий та незвичайний спосіб. Він запропонував ідею, що спостережувана калібрувальна симетрія електромагнетизму може бути лише частиною більшої калібрувальної симетрії, у якій нові калібрувальні частинки можуть переносити слабку взаємодію, яка змушує нейтрони розпадатися.

Очевидним запереченням проти такого роду об’єднання є те, що слабка взаємодія значно слабша за електромагнетизм. Швінґер мав на це відповідь. Якщо якимось чином нові калібрувальні частинки є дуже важкими, майже в сотню разів важчими за протони й нейтрони, тоді взаємодія, яку вони здатні передавати, матиме значно менший радіус дії, аніж навіть розмір ядра або навіть одного протона чи нейтрона. У цьому випадку можна вирахувати, що ймовірність того, що ця взаємодія змусить нейтрон розпастися, буде дуже малою. Таким чином, якщо радіус дії слабкої взаємодії малий, тоді ці нові поля, силу чийого внутрішнього зв’язування з електронами й протонами на малих масштабах можна порівняти із силою електромагнетизму, на масштабах ядра й більше можуть здаватися значно, значно слабшими.

Простіше кажучи, Швінґер запропонував дику ідею, що електромагнетизм і слабка взаємодія були, попри значні й очевидні відмінності між ними, частинами єдиної теорії Янга — Міллза. Він не виключав, що фотон може бути тим самим нейтральним членом множини з трьох калібрувальних частинок янг-міллзівського типу, потрібних для розгляду ізотопічного спіну як калібрувальної симетрії, причому саме заряджені версії переносять слабку взаємодію та відповідальні за спричинення розпаду нейтронів. Він не мав гадки, чому в такому разі заряджені частинки матимуть величезну масу, тоді як фотон не матиме ніякої. Проте, як я вже не раз казав, брак розуміння не є свідченням ані існування Бога, ані того, що ви неодмінно помиляєтеся. Це всього-на-всього свідчення браку розуміння.

Швінґер був не тільки блискучим фізиком, а й блискучим учителем та наставником. Тоді як у Фейнмана було лише кілька успішних студентів, — не виключено, через те, що ніхто з них за ним не встигав, — Швінґер (таке враження) був майстром наставляти блискучих докторантів. За своє життя він був керівником понад сімдесяти докторів філософії, і четверо з його колишніх студентів здобули Нобелівську премію.

Швінґер був достатньо зацікавлений у пов’язуванні слабкої взаємодії з електромагнетизмом, щоб заохотити дослідити це питання одного з дюжини своїх тодішніх гарвардських докторантів. Шелдон Ґлешоу випустився 1958 року, захистивши дисертацію з цієї теми, та впродовж наступних кількох років продовжував працювати над цим питанням у Копенгагені як дослідник-постдокторант Національного наукового фонду. Двадцять років по тому у своїй Нобелівській лекції Ґлешоу зазначив, що вони зі Швінґером планували після його випуску написати з цієї теми рукопис, проте один із них втратив перший чернетковий варіант, і вони до цього більше ніколи не поверталися.

Ґлешоу не був клоном Швінґера. Вишуканий і геніальний, проте водночас зухвалий, жартівливий та галасливий, Ґлешоу проводив дослідження, для яких була характерна не математична акробатика, а строга зосередженість на фізичних головоломках та вивченні нових можливих симетрій природи, які могли б їх розв’язати.

Коли я був молодим докторантом із фізики в МТІ, спершу мене вабили глибокі математичні питання фізики, тож екзаменаційне есе для вступу до докторантури я писав саме з цієї теми. Через кілька років я відчув, що природа математичних досліджень, які я проводив, мене пригнічує. У літній школі для докторантів у Шотландії я зустрівся з Ґлешоу й потоваришував і з ним, і з його родиною, і наша дружба квітнула й тоді, коли пізніше ми стали колегами в Гарварді. Через рік після нашої зустрічі він проводив річну відпустку в МТІ. У цей важливий для мене період, коли я розглядав альтернативи, він сказав мені: «Є фізика, а є формалізм, і слід відрізняти перше від другого». У цій пораді було приховано натяк, що мені слід займатися фізикою. Коли я побачив, яке задоволення від цього дістає він, мені стало легше ухвалити рішення долучитися до цього.

Невдовзі я збагнув, що прогресування у фізиці потребує роботи над питаннями, пов’язаними переважно з фізичними, а не математичними проблемами. Єдиний спосіб, у який я міг це робити, було тримання руки на пульсі поточних експериментів і нових експериментальних результатів. Спостерігаючи за Шеллі та його підходом до занять фізикою, я зрозумів, що він має надзвичайну здатність розуміти, які саме експерименти цікаві і які саме результати можуть бути важливими чи вказати напрямок до чогось нового. Почасти це було, поза всяким сумнівом, вродженим, проте почасти ґрунтувалося на життєвому досвіді тримання руки на пульсі того, що відбувається «на землі». Фізика — наука емпірична, і, на наше нещастя, ми втрачаємо розуміння цього.

У Копенгагені Ґлешоу зрозумів, що якщо він хоче гідно втілити в життя пропозицію Швінґера поєднати слабку взаємодію з електромагнітною, то не можна просто так узяти й зробити фотон нейтральним членом трійки калібрувальних частинок, заряджені члени якої стають масивними внаслідок якогось невідомого дива. Це не могло пояснити справжню природу слабкої взаємодії, зокрема той чудернацький факт, що слабка взаємодія нібито впливала лише на ліворукі електрони (і нейтрино), тоді як електромагнітні взаємодії не залежали від того, ліворукі електрони перед нею чи праворукі.

Єдиним розв’язанням цієї проблеми було б існування на додачу до фотона ще однієї нейтральної калібрувальної частинки, яка зв’язувалася лише з ліворукими частинками. Проте, очевидно, ця нова нейтральна частинка також мала бути важкою, оскільки взаємодії, що їх вона переносить, також мають бути слабкими.

Ідеї Ґлешоу виклав фізичній спільноті на Рочестерському з’їзді 1960 року Маррі Гелл-Манн, оскільки на той час він завербував Ґлешоу до Калтеху для роботи у своїй групі. Стаття Ґлешоу з цієї теми, подана 1960 року, вийшла друком 1961-го. Проте масового переходу фізиків на його бік вона не спричинила.

Зрештою, пропозиція Ґлешоу так і не позбулася двох фундаментальних проблем. Першою була давно відома проблема того, як частинки, потрібні для перенесення різних сил, можуть мати різні маси, коли калібрувальні симетрії вимагають, щоб усі калібрувальні частинки були безмасовими. У вступі до своєї статті, продовживши давню традицію пихи, Ґлешоу відверто зазначив: «Це камінь спотикання, на який не варто звертати уваги».

Друга проблема була менш очевидною, проте не менш серйозною з експериментальної точки зору. Якщо нейтронний, піонний та мюонний розпади дійсно були спричинені якимись новими частинками, які переносять слабку силу, вони, судячи з усього, вимагали обміну лише новими зарядженими частинками. Досі не спостерігали жодної слабкої взаємодії, яка потребувала б обміну новою нейтральною частинкою. Якщо така нова нейтральна частинка дійсно існує, то, згідно з тогочасними обрахунками, вона мала б давати змогу іншим відомим важчим мезонам, які розпадалися на два чи три піони (і були відповідальні за початкове збентеження, що привело до відкриття порушення парності), розпадатися значно швидше, аніж це відбувалося згідно зі спостереженнями.

З цих причин пропозиція Ґлешоу відійшла на задній план у міру того, як фізики захоплювалися новим зоопарком частинок, що виринали з прискорювачів, та супровідними нагодами для нових відкриттів. Проте кілька ключових теоретичних інгредієнтів, необхідних для завершення революції у фундаментальній фізиці, уже перебували на своїх місцях, але на той час це було далеко не очевидно. Тоді здавалося ненау­ковою фантастикою, що впродовж менш ніж десяти років після публікації статті Ґлешоу будуть відкриті й осягнуті всі відомі сили природи, окрім гравітації.

І ключем до цього стане симетрія.