Тем не менее нашлись экспериментаторы, которые взялись за реализацию предложений Ли и Яна. В числе первых принявших вызов была госпожа By Цзянь-сюн — профессор физики Колумбийского университета. Она была уже известна своими работами по слабым взаимодействиям и тщательностью и изяществом постановки экспериментов. By, как и ее друзья Ли и Ян, родилась в Китае и приехала в Соединенные Штаты для завершения образования.

Эксперимент, задуманный госпожой By, был посвящен изучению бета-распада (Со⁶⁰) кобальта-60 — радиоактивного изотопа кобальта, ядро которого испускает электроны. Ядро кобальта-60 можно себе представить как крохотное тело, которое, подобно волчку, вращается вокруг некоторой оси, проходящей через северный и южный магнитные полюса. Бета-частицы, испускаемые в бета-распаде (этот процесс управляется слабыми взаимодействиями), вылетают и из северной и из южной половин ядра. В обычных условиях ядра не ориентированы, то есть направления осей различных ядер самые разные, поэтому электроны излучаются во всех направлениях. Но когда Со⁶⁰ охлажден почти до абсолютного нуля (—273°С) и тепловое движение его молекул сведено к минимуму, становится возможным «выстроить» более половины всех ядер одноименными полюсами в одну сторону. Достигается это наложением мощного электромагнитного поля. «Выстроенные», или, как говорят, «заполяризованные», таким образом ядра продолжают испускать электроны. Однако направления, в которых они испускаются, уже не произвольны, как это было до ориентации ядер, а концентрируются вблизи двух главных направлений, определяемых магнитной осью ядра, — «на север» и «на юг». Если закон сохранения четности не нарушается, то число электронов, испускаемых в этих двух направлениях, будет совершенно одинаковым.

Чтобы добиться охлаждения ядер кобальта почти до абсолютного нуля, госпожа By и ее коллеги прибегли к помощи Национального бюро стандартов в Вашингтоне. Именно здесь они начали свой исторический эксперимент. Если бы в результате эксперимента оказалось, что в обоих направлениях вылетает одинаковое количество электронов, то это означало бы, что четность сохраняется. Тета-тау-проблема так и оставалась бы проблемой. Но если бы в бета-распаде выявилось неравноправие правой и левой сторон (северного и южного направлений), то есть интенсивности электронов оказались различными, то это означало бы крушение закона сохранения четности.

В Цюрихе результатов опыта с нетерпением ждал один из виднейших физиков-теоретиков мира Вольфганг Паули. В письме к одному из своих бывших учеников Виктору Ф. Вайскопфу Паули тогда писал: «Я не верю, что бог является левшой в управлении слабыми взаимодействиями, и готов побиться об заклад на очень большую сумму, что эксперимент даст симметричный результат».

Мы не знаем, заключил ли Паули такое пари, подобно Фейнману. Если да, то он его тоже проиграл. Электроны в эксперименте госпожи By испускались не симметрично. Большинство из них вылетало из

южного конца ядра, то есть туда, куда указывали южные полюса большинства ядер Со⁶⁰.

Рискуя повториться и докучая тем читателям, которые сразу до конца поняли последствия этого экспериментального результата, убедимся, что мы действительно разобрались в том, почему эксперимент мадам By является столь революционным. Да, изображение ядра Со⁶⁰ (рис. 61), вращающегося в некотором направлении вокруг оси N—S, действительно имеет асимметричный вид, не совмещающийся со своим зеркальным образом. Но ведь это лишь изображение. Как мы уже знаем, обозначения N и S являются совершенно условными. Ничто не мешает нам переименовать N на S (и наоборот) для всех магнитных полей. Тогда северные концы ядер Со⁶⁰ станут южными, а южные — северными и такое же изменение претерпят названия полюсов электромагнитного поля, используемого для поляризации ядер. До эксперимента госпожи By считалось, что такое «переключение полюсов» не приведет к какому бы то ни было измеримому изменению результатов эксперимента. Вот если между полюсами имеется какое-то существенное различие, например один полюс «на самом деле» красный, а другой зеленый или один сильный, а другой слабый, то тогда N и S перестают быть просто обозначениями. Тогда ядра Со⁶⁰ должны обладать пространственной асимметрией. До эксперимента госпожи By физики могли различать полюса только по их взаимодействию между собой. Вместе с тем, как мы установили раньше, полюса фактически не существуют: они обозначают лишь противоположные направления спина.

Эксперимент, выполненный госпожой By, впервые в истории науки установил безусловное различие между концами магнитной оси. Южный полюс ядра кобальта-60 — это тот полюс, из которого чаще вылетают электроны!

Теперь уже ядро не может больше рассматриваться по аналогии с крохотным вращающимся шариком. Скорее его нужно было бы уподобить вращающемуся конусу. Конечно, это не более чем метафора: никто не имеет ни малейшего представления, почему один конец оси так существенно отличается от другого. Но они различаются! Шелдон Пенман из Чикагского университета писал в журнале «Сайентифик Америкен» (июль 1961 года): «Мы больше не пытаемся завинчивать шурупы в темноте в грубых рукавицах; нам вручили их на подносе, осветив каждый в отдельности, и позволили убедиться, что мы не завинчиваем шурупы головкой вперед».

Теперь-то мы наконец нашли решение Озма-проблемы: экспериментальный способ однозначного определения понятий правого и левого. Мы сообщаем ученым планеты X: «Охладите атомы кобальта-60 почти до абсолютного нуля. С помощью сильного магнитного поля выстройте оси их ядер. Подсчитайте количество электронов, вылетающих из обоих концов осей. Тот полюс, из которого вылетает больше электронов, мы называем южным. Теперь вы сможете определить северный и южный магнитный полюса выстраивающего поля, что в свою очередь позволит вам определить северный и южный конец магнитной стрелки. Если вы поместите теперь такую стрелку под проводом, по которому ток течет в направлении „от вас“, то северный конец стрелки отклонится в направлении, которое мы называем левым».

Вот так совершенно точно и недвусмысленно мы передали на планету X тот смысл, который вкладываем в слово «левый». При этом ни мы, ни они не имели перед собой какой-либо асимметричной структуры. Слабым взаимодействиям присуща внутренняя асимметрия; сама природа дает определение правого и левого, которое можно проверить экспериментально. Вполне можно понять, почему Паули и другие физики не ожидали, что эксперимент госпожи By опрокинет закон четности: это означало бы, что природа не симметрична!

Озадаченным космонавтам, героям моей фантастической новеллы о правом и левом, эксперимент с кобальтом-60 дал бы возможность установить, подверглись ли они зеркальному преобразованию. Конечно, им нужно было найти на планете необходимое количество кобальта, превратить его в радиоактивный, бомбардируя нейтронами, и т. п. При наличии необходимого оборудования и материалов проблема могла быть решена.

Наконец, эксперимент госпожи By очевидным образом опровергает утверждение о принципиальной невозможности отличить обычный кинофильм (включающий только естественные явления) от его «зеркального» варианта.

Упражнение 16. Расскажите подробно, каким образом детали кинофильма об эксперименте с кобальтом-60 позволят выяснить, не является ли изображение на экране зеркально обращенным.

Хотя первые указания на несохранение четности были получены мадам By в конце 1956 года, эксперимент был окончательно закончен в начале января 1957 года. Результаты были официально объявлены физиком из Колумбийского университета Исидором Раби 15 января 1957 года. В его сообщении содержались также результаты другого эксперимента, выполненного на Невисовском циклотроне в том же Колумбийском университете. Этот эксперимент, проводившийся с мю-мезонами, дал еще больший эффект: неодинаковость испускания мю-мезонов в двух направлениях была вдвое больше, чем в случае электронов. Независимо от этих двух экспериментов в Чикагском университете была проведена третья проверка закона сохранения четности — с пи- и мю-мезонами. Результат был тем же: четность нарушалась. По всему миру физики принялись проверять четности в других слабых взаимодействиях. К 1958 году стало ясно, что четность нарушается во всех слабых взаимодействиях. Тета-тау-проблема наконец разрешилась. Существует только один K-мезон, а четность не сохраняется.