Телескоп во льдах. Как на Южном полюсе рождалась новая астрономия

В длинном письме Юнгу, отправленном в 1957 году, Паули подробно излагает этот сон и напоминает Юнгу о «китаянке», которую постоянно видел в своих снах и считал «особым отображением – возможно, парапсихологическим – „Темной Женщины“». Юнг вспоминал, что в более ранних снах у китаянки «был ребенок, однако „люди“ отказались это признать». Паули считал, что «другие люди» в его снах представляют его собственные «привычные возражения против определенных идей – и страх перед ними». Секрет, которым он делится с Темной Женщиной и который наполняет его пониманием, – это факт «отсутствия симметрии [объектов] и отражений во сне, поскольку самое главное как раз и связано с поиском различий между ними». Иными словами, сон говорит о нарушении пространственной четности.

Этот впечатляющий сон приснился Паули примерно за полтора года до того, как Ли и Янг поставили под сомнение закон сохранения пространственной четности, и за два года до того, как еще одна китаянка доказала, что закон в самом деле неверен. Паули встречался с мадам Ву в Беркли в 1941-м и «был очень впечатлен ею – и как физиком-экспериментатором, и как умной и красивой молодой китайской дамой

». В своих исследованиях Паули не удосужился изучить фундаментальную природу самой пространственной четности, поскольку в то время был уверен в универсальности принципа ее сохранения. Он придерживался этой точки зрения и после начала «славной революции». И даже когда Ли и Янг призвали к проведению экспериментов для тестирования пространственной четности, Паули был твердо убежден в том, что принципу сохранения четности удастся выжить.

Через шесть месяцев появились результаты, и всего через несколько дней они уже пересекли Атлантический океан. 17 января 1957 года, в тот же день, когда газета New York Times на первой полосе объявила о крушении принципа сохранения четности, Паули чуть не заключил новое пари с почти гарантированным проигрышем: «Я не верю в то, что Бог плохо играет левой рукой, – писал он своему ученику Виктору Вайсскопфу, – и готов поставить очень крупную сумму на то, что эксперименты продемонстрируют симметричные результаты»

.

День расплаты наступил всего через четыре дня, с утренней почтой. В ней Паули обнаружил копию статьи из Times, которую ему, вместе с двумя теоретическими статьями Ли и Янга, посвященными последствиям нарушения сохранения четности, отправил еще один бывший ученик

. Ближе к вечеру Паули получил письмо с детальным описанием всех трех экспериментов от Валентина Телегди, лидера чикагской группы. По очередному «совпадению» Паули тем же вечером должен был читать лекцию об истории нейтрино в Цюрихском обществе естественных наук. По словам очевидцев, это была прекрасная лекция, а сам Паули был очень воодушевлен

. В конце выступления он поделился новостями о нарушении сохранения четности и своими «размышлениями» об этой проблеме и ее важности.

Несмотря на его очевидную браваду, смерть принципа сохранения четности стала шоком для этого человека, поскольку симметрия имела для него чуть ли не мистическую важность. В день, когда до него дошли новости, он нашел время, чтобы написать мадам Ву:

Я поздравляю вас (но не себя самого)

. Эта частица, нейтрино, к существованию которой я приложил руку, до сих пор наказывает меня.

А в своем письме Юнгу, написанном в 1957 году, он говорил, что был «очень расстроен» после получения новостей и «некоторое время вел себя нерациональным образом»

. Через шесть дней после своего поражения он писал Вайсскопфу:

Теперь, после того как прошел первый шок, я начинаю вновь собираться с силами. Хорошо, что я не заключил пари. Я потерял бы много денег (а я не могу себе этого позволить); однако я все же выставил себя дураком (и думаю, что это я очень хорошо умею)… Я потрясен скорее не тем фактом, что Господь предпочитает ту или иную руку, а тем, что, когда он выражает себя сильным образом, левосторонняя симметрия все же сохраняется. Короче говоря, главный вопрос теперь выглядит так: почему сильные взаимодействия все же сохраняют и левую, и правую симметрию?

В уравнениях физики нет ничего, способного объяснить, почему слабое взаимодействие должно нарушать четность. Сильное взаимодействие, равно как и электромагнитная сила или гравитация, продолжают следовать этому принципу. Со временем Паули успокоился на том, что идея сильного отражения, или CPT-симметрии, сохранила свою актуальность, и это спокойствие наглядно проявлялось в его размышлениях. Последним научным трудом Вольфганга Паули было эссе на тему истории нейтрино, основанное на его же лекции, прочитанной в тот странный вечер в Цюрихе

. Паули было приятно не только то, что Кован и Рейнес смогли доказать истинность его давнего прозрения, но и то, какую шумиху и какой сильный импульс к дальнейшему развитию физики породила его крошечная частица. Завершив работу над эссе в сентябре 1958 года, он отправил копию Лизе Мейтнер в качестве подарка к 80-летию

.

Паули умер внезапно, 15 декабря, за несколько месяцев до своего 59-летия, через несколько дней после того, как у него был диагностирован рак поджелудочной железы. До самого момента смерти этого блестящего и незаурядного человека преследовали странные совпадения. Еще одно из его наваждений было связано с тем, что он, как и многие другие, очень серьезно относился к так называемой постоянной тонкой структуры – соотношению фундаментальных физических констант, которое выражается простым числом со значением, примерно равным 1/137

.

Как-то Паули написал, что «теоретическая интерпретация этого численного значения представляет собой одну из важнейших нерешенных проблем атомной физики»

. Чарльз Энц добавляет, что «число 137 имело иррациональное, магическое значение для Паули»

.

Паули умер в больнице Красного Креста в Цюрихе, в палате № 137.

Часть II

Мечта о нейтринной астрономии

Глава 4

Физика по-висконсински

Я жду зажигания, я ищу искру.
Удар – и я зажгусь во тьме.

    – Питер Гэбриел

Как-то Фред Рейнес сказал Фрэнсису Халзену, что после того, как он и Клайд Кован доказали, «что частица действительно существует, буквально все тут же начали говорить о том, что пучки нейтрино могут использоваться в изучении астрономии»

.

Однако очень немногие решали написать об этом предположении

, и впервые оно появилось в научной литературе в 1958-м, в год смерти Вольфганга Паули. Это была дипломная работа Игоря Железных

– ученика уважаемого теоретика частиц Моисея Маркова из Московского государственного университета (Железных с готовностью признает, что идея статьи принадлежала его наставнику

). Впервые Марков представил свою концепцию публике в ходе конференции по физике высоких энергий в Рочестере, штат Нью-Йорк, в 1960 году

, и примерно в то же время Кеннет Грейзен из Корнелльского университета, ранее работавший в «Манхэттенском проекте», выдвинул аналогичную идею на конференции в Беркли

.

Хотя концепции Маркова и Грейзена были основаны на одном и том же базовом принципе, между ними имелись фундаментальные различия, в результате чего на протяжении ряда лет исследования и эксперименты шли по двум совершенно разным направлениям.

В своей речи в Рочестере Марков предложил

установить некий аппарат в подводном озере или глубоко в океане для того, чтобы отделить направление заряженной частицы по черенковскому излучению

.

Затем он расширил эту идею в журнальной статье, написанной вместе с Железных и опубликованной в январе следующего года

:

Все известные частицы, за исключением нейтрино, абсорбируются километрами [толщи Земли] и, таким образом, полностью экранируются планетой… Примечательно, что в ходе эксперимента можно выявить не только ?-мезоны [мюоны] (от реакций с участием нейтрино), возникающие в самом детекторе, но и ?-мезоны с примыкающих слоев земли (так называемой подушки).

Это было первое описание телескопа, предназначенного для того, чтобы ловить нейтрино, прошедшие свой путь сквозь всю планету. И именно этот метод отлично работает для целей проекта AMANDA и телескопа IceCube.

В своем примечательном выступлении в Беркли Грейзен предрекал будущее развитие

высокоэнергетической нейтринной астрономии… Нейтрино будут передавать новый тип астрономической информации, отличной от той, которую переносят световые и радиоволны

.

А в конце уже ставшей классикой обзорной статьи на тему потоков космических лучей