Нейтрино и Паули: конец истории как новое начало

( Июль 2023, idb@kiwiarxiv )

Очередной эпизод сериала «Одна Чёрная Птица рассказала». Про то, сколь глубоки важные взаимосвязи между секретным принципом Вольфганга Паули, его необычными снами и по сию пору загадочной для науки физикой нейтрино.

Для нейтрино имеется особая возможность – так называемая двухкомпонентная модель. Данная модель согласуется со всеми экспериментальными данными. Одно время я относился к этой модели с известным скептицизмом, поскольку в ней слишком сильно подчёркивается особое положение нейтрино. Однако затем выяснилось, что именно таким путём [через раздвоение нейтрино] можно прийти к интересному обобщению… (Вольфганг Паули, К старой и новой истории нейтрино, 1957-1958 гг)

Первоначально данный текст планировался как финальный эпизод большого рассказа «о раздвоении и уменьшении симметрии». Иначе это именуется здесь секретным принципом Паули. И обнаруживается (как большой сюрприз для науки) в основах всего, что есть в мире.

Если же говорить про конкретную тему финала для большого обзора, то в предварительном плане она мыслится примерно так. О красивом общем ответе, который предоставляет этот принцип для столь разных, казалось бы, загадок, как асимметричное устройство времени и раздвоенная природа единого разума вселенной.

Как это часто бывает, глубокое погружение в собранные материалы сильно изменило первоначальные планы. То есть некоторые из сопутствующих фактов и документов – всей этой истории в целом и биографии Паули в частности – оказываются важны и содержательны до такой степени, что непременно требуют выделения для отдельного рассмотрения. Отодвинув, соответственно, финал чуть дальше в ближайшее будущее.

И дабы сразу перейти к сути того, что необходимо рассмотреть здесь и сейчас более тщательно, заглянем на минутку в мир «научных сновидений» Вольфганга Паули. Воспользовавшись теми описаниями, что предоставил сам сновидец – в своих посланиях к другу-психоаналитику (и одновременно отцу аналитической психологии) Карлу Густаву Юнгу. [o1]

Сон в ночь 12 апреля 1955 года

Я в Калифорнии, на тихоокеанском побережье. Там устроено специальное новое здание – лаборатория. Эксперименты проводятся на нижнем этаже, а объект опытов, как объявляет голос, «два нейтрино».

Попутно подходят четыре учёных эксперта из различных областей. Впереди всех К. Г. Юнг, проворно преодолевающий ступени, за ним следуют два физика, а после них биолог, самый молодой в данной группе.

В собственно эксперименте, происходящем в это же время, мне видно на самом деле немногое, потому что аппарат довольно необычный. Состоит он из всяких шторок, экранов и тому подобного, больше никакой особой технологии, а кроме того, в комнате довольно темно. Один из физиков говорит, что это «ядерная реакция»…

Контекст сна [традиционное для подобных писем послесловие Паули, где он описывает Юнгу сопутствующие мысли и ощущения: до, в процессе и после сновидения]. Та лаборатория, что появляется во сне, ныне уже не является секретом. Эксперимент я воспринимаю как успех, хотя из собственно опытов мало что видно. В «новом здании» происходит синтез наук: аналитической психологии (направляющей остальных), физики и биологии. Причём из взаимного расположения элементов данной четвёрки образуется мандала…

Далее в том же письме Паули интерпретирует этот свой сон с позиций аналитической психологии Юнга, однако мы здесь сделаем кое-что другое. Ибо нам – почти семьдесят лет спустя – по естественным причинам известен ныне контекст намного более широкий. Историко-политический, социально-психологический, физико-математический и так далее.

А кроме того, теперь имеются ещё и обстоятельные комментарии от Одной Чёрной Птицы. Которая, собственно, и проецировала подобного рода «научно-мистические картины» в сновидения Вольфганга Паули. [i1]

С комментариев ОЧП и начнём, пожалуй…

Время и место + схема выхода из кризиса

Важные аспекты сновидения, требующие особого внимания, это время и место происходящего.

Время – весна 1955 года. То есть, с одной стороны, четверть века спустя после появления в 1930 гипотезы Паули о существовании в природе важной, но практически неуловимой нейтральной частицы, чуть позже получившей имя «нейтрино». Глядя же на дату сновидения со стороны другой, происходит это примерно за год до того, как в начале 1956 учёные Лос-Аламоса объявят миру о надёжном экспериментальном подтверждении факта существования нейтрино. [o2]

Место – новая секретная лаборатория в Калифорнии, где занимаются ядерной физикой. Или, если называть вещи реальными именами, Радиационная лаборатория Калифорнийского университета в Ливерморе, в 1952 году специально созданная по инициативе Э. Теллера и Э. Лоуренса для создания первой термоядерной бомбы. С 1958, сразу после смерти Лоуренса, этот научный центр известен в мире как LLNL, или Ливерморская национальная лаборатория им. Лоуренса. И является – наряду с Лос-Аламосом – одним из тех двух центров секретной физики США, где главной задачей является разработка ядерного оружия.

Ещё один важный элемент сна – группа из четырёх учёных экспертов, представляющих разные научные области. Неслучайная схема взаимного расположения которых вполне ухвачена Вольфгангом Паули, отчего и получила у него название «мандала». То есть своего рода модель-проекция устройства Вселенной или «карта космоса».

Каждая деталь этой мандалы в ядерной лаборатории не только наполнена смыслом, естественно, но и допускает несколько интерпретаций. Согласно первой, наиболее ясной и очевидной трактовке, открытие раздвоенной природы нейтрино возвещает новый синтез наук. При этом в новой научной картине мира главная направляющая роль от «двух физик» – экспериментальной и теоретической – переходит к психологии, то есть науке об устройстве и работе сознания. А кроме того, важное место в новой «карте космоса» занимает также и биология, «самая молодая» из базовых наук.

Но имеется, однако, у данной картины-мандалы и иная, менее очевидная интерпретация. Позволяющая существенно по-другому увидеть и осмыслить ключевые события этой истории – до и после 1955 года.

Увидеть то, в частности, что сон Паули вскоре вроде бы как сбылся. Ибо «его» неуловимое нейтрино уже в следующем году действительно удалось детектировать и надёжно подтвердить экспериментаторам ядерной физики. Причём именно в природе нейтрино, и поныне для науки всё ещё сильно неясной, учёные надеются со временем отыскать важные ключи к ответам на целый ряд особо трудных загадок мироустройства.

Но одновременно можно увидеть и то, что никакого нового синтеза наук на основе «двух нейтрино» до сих пор так и не произошло. Хуже того, сделанное в 1957 с опорой на физику нейтрино великое теоретическое открытие Вольфганга Паули «о раздвоении и уменьшении симметрии» тут же было засекречено. Ещё через год Паули неожиданно умер, а его открытие до сих пор остаётся как бы неведомым практически для всей науки.

Кроме, разве что, науки секретной. Однако и там никаких сколь-нибудь ощутимых успехов или реальных плодов это тайное знание людям не принесло…

Так что теперь, вспоминая мандалу из сна, имеет смысл рассматривать её как «карту раскладов» для такого синтеза научных знаний, который выведет науку из затянувшегося кризиса непонимания. Иначе говоря, присмотреться повнимательнее к тем идеям и открытиям Паули, которые в конце 1950-х были поспешно и противоестественно от всех спрятаны. А затем, многие десятилетия спустя, очень постепенно, трудно и в других формулировках всё равно открываются по новой.

Потому что без возвращения к этим идеям – о сведении в единую картину психологии, физики и биологии вселенной – выбраться из нынешнего глубокого кризиса наука просто не сможет.

Биология, физика, психология

О постепенном научном освоении новейших концепций живой материи и биологии вселенной ранее уже рассказывалось немало и с подробностями в других материалах [i2]. Поэтому здесь, дабы не повторяться, лишь уточним, когда и как на уровне «бытовой биологии» началось сильно задержанное возвращение новаторских идей Паули в большую науку.

Ибо вплоть до конца 1980-х по сути вся та часть научного наследия учёного, что относилась не к физике, а к обширному междисциплинарному сотрудничеству Паули с Карлом Г. Юнгом, оставалась для исследователей недоступна. Вдова теоретика, Франка Паули, пережила мужа почти на три десятка лет и отошла в мир иной летом 1987. Сильное желание вдовы сохранить в истории образ своего мужа исключительно как «апостола новой физики», с одной стороны, плюс отчётливо негативное отношение к Юнгу и его специфическому окружению, со стороны другой, в совокупности привели к тому, что очень важная сторона исследований и поисков Паули оказалась по сути дела из истории выпилена. И в своём полном виде не возвращена в науку по сию пору…

О том, как революционные идеи Паули, связанные с принципом «раздвоения и уменьшения симметрии», постепенно и под другими названиями проникают ныне в теоретическую и экспериментальную физику, ранее также рассказывалось не раз и с подробностями [i3]. В частности, о модели Китаева SYK, с помощью которой теоретики пытаются объединить гравитацию и квантовую теорию на основе фермиона Майораны и голографической концепции. Или о том, как экспериментаторы конструируют квазичастицы со свойствами фермиона Майораны для реализации особо перспективного в приложениях топологического квантового компьютера.

Продвижение по данным направлениям пусть и медленно, но всё же происходит. Что же проникает в мир науки особенно трудно, так это важные идеи Паули о той роли, которую играют нейтрино – или иначе фермионы Майораны – для постижения единства материи и сознания. Про эту сторону истории – а также и про то, какова здесь роль могущественных потусторонних сил (архонтов) – пока что не рассказывалось практически ничего. Ибо для восстановления этой части картины никаких достоверных документов и свидетельств пока не имеется. И не предвидится. Глядя со стороны общепринятой.

Глядя же, однако, на то же самое со стороны другой, нестандартной, историю хорошо известных всем событий можно рассказывать и таким образом, что действительно важные вещи, даже если их намеренно скрывают, начинают проявляться словно сами собой. Но чтобы значимость этих проявлений была понята и зафиксирована, требуются определённые навыки и знания из таких областей, как аналитическая психология и история науки…

История же эта, если вкратце, выглядит так.

#

К 1930 году в мире физики сложилась ситуация, требовавшая радикально дополнить квантовую теорию. Ибо в экспериментах с бета-распадом атомов стабильно, но по совершенно неясным причинам отмечались расхождения в энергии системы до и после опыта. Отчего Нильс Бор, как наиболее влиятельный в ту пору теоретик, вполне всерьёз попытался продвинуть и здесь свою базовую (в корне неверную) идею о принципиальных различиях физики классической и физики квантовой. Конкретно же для бета-распада Бор решил постулировать, что закон сохранения энергии тут может и не работать. Демонстрируя, так сказать, ещё один аспект вероятностно-статистического характера физики на квантовых масштабах.

Учитывая авторитет Бора и его известную тактику доказывать свою правоту «методом парового катка», вполне возможно, что и эта идея могла бы на многие последующие десятилетия стать составной частью так называемой «копенгагенской интерпретации». Мало кого устраивающей своей объяснительной беспомощностью, но отчётливо доминирующей в квантовой теории вплоть до нынешних дней.

Главным оппонентом Бора, однако, выступил Вольфганг Паули. Не имея никаких убедительных аргументов в свою поддержку, кроме абсолютной веры в закон сохранения энергии, Паули решился на неслыханную по тем временам дерзость. Причиной нестыковок в опытах он предложил считать некие неуловимые и неведомые науке частицы. Обладающие высочайшей проникающей способностью, очень лёгкие, электрически нейтральные, а потому и не наблюдаемые в экспериментах частицы, которые Паули поначалу пытался называть «нейтронами».

Нельзя сказать, что идея Паули понравилась коллегам больше, чем идея Бора. А кроме того, очень скоро, в 1932 в ядре атомов надёжно обнаружилась другая важная частица – с массой примерно как у протона, но без электрического заряда. Практически сразу именно за ней и закрепилось название нейтрон, ранее уже предложенное для совсем другого объекта.

Учитывая огромную влиятельность Копенгагенской школы Бора (к которой принадлежал и Паули), печальная судьба полностью исчезнуть из теории для неуловимой нейтральной частицы была, казалось, уже предрешена. Ситуация, однако, в корне изменилась, когда в поддержку идеи Паули очень активно выступил Энрико Ферми, создавший к тому времени ещё одну весьма влиятельную школу квантовой физики в Риме.

С подачи Ферми неуловимую частицу Паули стали называть на итальянский манер «нейтрино», то есть «маленький нейтрончик». А самое главное, на основе двух новых нейтральных частиц Энрико Ферми вскоре создал красивую, хорошо работающую и поныне теорию бета-распада. Согласно которой нейтрон распадается на протон, электрон и нейтрино.

Особо же примечательным для нашей истории фактом здесь стало то, что широко читаемый в научном мире английский журнал Nature, в который Ферми послал свою статью с этой теорией, публиковать её отказался. Как чересчур оторванную от реальности ненаучную фантастику. Тогда Ферми, твёрдо уверенный в своей правоте, опубликовал работу иначе. Сначала, в 1933 на итальянском языке в местном научном журнале Ricerca Scientifica, а в 1934 на немецком языке в Германии, в более солидном Zeitschrift für Physik. [o3]

Ещё одним очень важным вкладом Ферми в раннюю историю нейтрино стало то, что он буквально заставил своего более молодого и чрезвычайно талантливого коллегу, Этторе Майорану, оформить и опубликовать в виде статьи найденное им новое решение для уравнения Дирака. Преобразовав это уравнение к другому виду, Майорана показал, что его решения предсказывают не только антиматерию, но и совсем удивительную раздвоенную частицу-фермион, которая сама для себя является античастицей. Более того, по компетентному мнению Майораны гипотетическое нейтрино Вольфганга Паули, скорее всего, и является именно такой частицей в природе…

Статья [o4] с этим важнейшим для понимания нейтрино результатом была опубликована 1937 году на итальянском языке, так что за пределами школы Ферми её никто по сути не заметил. А спустя несколько месяцев, весной 1938, Этторе Майорана загадочно и навсегда из истории исчез. Сняв предварительно все сбережения в банке, извинившись за исчезновение перед родными и близкими, и попросив его не искать…

На следующий год, как известно, началась вторая мировая война. Почти весь цвет мировой квантовой физики (за исключением, разве что, Вольфганга Паули) энергично подключился к созданию атомной бомбы. А главным послевоенным результатом этого достижения стало шизофреническое расщепление науки на открытую-официальную и закрытую-чрезвычайно-секретную.

Именно эта очень нехорошая болезнь впоследствии стала не только причиной засекречивания главного открытия Вольфганга Паули, сделанного в конце 1957, но и источником затяжной сильнейшей депрессии учёного на протяжении 1958. К концу того же года завершившейся безвременной кончиной Паули от стремительно развившегося рака. [i4]

Напали на след… и потеряли опять

Одна из самых поразительных сторон в жизни современной науки – это то, насколько покорно и с какой готовностью видные учёные, даже никак не участвующие в секретных военных разработках, идут на поводу у неприметных «научных менеджеров», решающих что можно говорить публично, а о чём следует помалкивать.

Ярчайшими примерами тому являются не только сам Вольфганг Паули, но и его биограф Чарльз Пауль Энц. К 2002 году, то есть почти полвека спустя после ухода Паули, Энцу всё-таки удалось закончить и выпустить подробнейшую книгу [o5] с описанием жизни и научных достижений учителя. Рассказано там почти всё – кроме самого главного.

Дабы наглядно продемонстрировать, до какой степени темноты и неясности может доходить лучшая из биографий великого учёного, полезно дословно процитировать здесь тот фрагмент, который рассказывает о конце 1957 года и о важнейшем научном открытии Паули. Происходившем на фоне возобновления сотрудничества теоретика со старым другом и коллегой Вернером Гейзнбергом:

Изначально идея Гейзенберга была в том, что его [новое] уравнение, благодаря своей нелинейности, должно описывать все элементарные частицы, начиная с нейтрино, как частицы составные.
…
К концу 1957 года энтузиазм Паули обретает нереальные масштабы. Идёт интенсивный обмен телеграммами, письмами, телефонными звонками. Первого декабря 1957 Паули пишет Гейзенбергу: «Теперь я обрёл сильное чувство уверенности. Дорогой Гейзенберг: Фактически, иначе и быть не может! Но – что же теперь? Помогай двигаться дальше! А я тем временем также продолжаю об этом думать». Однако, 13 мая 1958 года Паули пишет [своему другу и бывшему ассистенту Маркусу] Фирцу про Гейзенберга следующее: «Он полагает, что когда публикуется вместе со мной, то это опять 1930 год! Мне уже просто неловко от того, как он за мной бегает!»

Это, подчеркнём ещё раз, дословный и полный перевод фрагмента (стр. 524-525) из самой подробной биографии Паули, написанной его учеником, коллегой, а также и ассистентом именно в описываемый период 1957-1958 гг. Всего одним подчёркнуто эмоциональным, но невнятным по существу абзацем, просто перескочив от цитаты из письма 1 декабря 1957 к цитате из мая 1958, Чарльз Энц полностью удалил из биографии учёного наиболее примечательный и интересный эпизод. А именно, важнейшие недели в конце декабря 1957, когда Паули и сделал своё главное открытие…

Вернер Гейзенберг, как единственный, фактически, источник информации о том, что же в действительности тогда происходило, в своих мемуарах [o6] рассказывает суть истории примерно так:

С каждым своим шагом в данном направлении Вольфганг приходил в состояние всё большего воодушевления. Никогда раньше и никогда позже в жизни не видел я Вольфганга в таком возбуждении от событий в нашей науке.
…
Незадолго до Рождества 1957 я получил от Вольфганга письмо, содержавшее множество математических подробностей, но также отражающее и его приподнятое настроение в те дни: «… Раздвоение и уменьшение симметрии – вот где собака зарыта. … Уж теперь-то мы напали на след.»
В другом письме, отосланном около восьми дней спустя … Вольфганг пишет: «Картина меняется с каждым днём. Всё движется. Публиковать пока ещё нельзя, но это будет нечто прекрасное. Невозможно даже предвидеть, что ещё тут может обнаружиться. Пожелай же мне удачи в обучении ходьбе. … На сегодня заканчиваю. Материал очень богатый, ты и сам теперь заметишь, что собаки больше нет. Она показала, где была зарыта: раздвоение и уменьшение симметрии…»

Конечно же, в этих письмах содержалось также много физических и математических подробностей, но здесь не место их воспроизводить.

Сразу вслед за этими строками мемуар Гейзенберга переходит к рассказу о том, как после новогодних праздников Паули отправился в длительную, заранее планировавшуюся поездку в США. О том, как резко и необратимо воодушевлённое прежде состояние Паули сменилось там на агрессивно-раздражённое, а затем на депрессивно-подавленное. Главным итогом чего стали не только полный отказ Паули от их совместной с Гейзенбергом разработки, но и абсолютное нежелание что-либо тут обсуждать. Ни причины его резкой перемены, ни подробности декабрьского открытия, тем более…

После ознакомления с этой историей в версии Гейзенберга вполне естественно задаться вопросом: А что же пишут, поконкретнее, другие учёные коллеги о множестве тех «физических и математических подробностей» в письмах Паули, которым не нашлось места в мемуарах Вернера Г.? Кто именно эти вещи видел, изучал, пытался осмыслить и развить?

Как бы странно ни звучал простой ответ на эти вопросы, но реальность научной жизни физиков заключается в том, что исследованиями подобного рода не занимался НИКТО. Или, формулируя то же самое чуть аккуратнее, в открытой научной литературе не обнаруживается вообще НИЧЕГО, что было бы похоже на воспроизведение или обсуждение физики и математики в письмах от Паули к Гейзенбергу в конце декабря 1957.

Ибо для официальной физико-математической науки этого эпизода в истории как бы и не было вовсе…

Более того, за единственным исключением Гейзенберга, все прочие авторы, сведущие в физике и упоминающие об этом роковом для Паули периоде его жизни, старательно придерживаются версии от Чарльза Энца, как наиболее авторитетного биографа. Иначе говоря, стабильно и полностью умалчиваются не только содержательная суть новой физики-математики, но и собственно ключевая фраза – про раздвоение и уменьшение симметрии. Фраза, неоднократно звучавшая в письмах учёного как главная идея в основе его Открытия. Однако ныне по сути в науке табуированная.

В подобных условиях, когда не просто интересную, но очень важную для Паули тему дружно игнорируют как его коллеги-физики, так и историки науки, естественно сделать вывод, что в этом эпизоде научному миру почему-то комфортнее видеть ещё одну «неразгаданную тайну истории».

На самом деле, однако, никакой тайны тут нет. Если присмотреться к известным фактам повнимательнее.

В частности, более пристального внимания требуют такие вещи: (1) какие научные проблемы особо волновали Паули в период 1957-1958 гг; (2) на что он сам обращал особое внимание публики в своих лекциях об этих проблемах; и (3) какие именно моменты из пп. (1) и (2) поначалу были хорошо в физике известны, однако современные историки науки стараются всячески их замалчивать.

Если аккуратно, по документам и прочим свидетельствам разобраться с пунктами (1-2-3), особенно с (3), то не очень сложно восстановить и увидеть следующую картину.

Анатомия выпиливания

(1) Интригующая смена картины.

Та глава в мемуарах Гейзенберга [o6], что посвящена драматичным событиям 1957-58 годов, начинается с рассказа об особом в тот период интересе Паули к загадкам асимметрии в физике нейтрино:

На конференции по атомной физике, состоявшейся осенью 1957 года в Падуе … нас всех занимало новое открытие молодых американских физиков китайского происхождения Ли и Янга. Эти теоретики пришли к мысли, что симметрия между левым и правым, до того считавшаяся чуть ли не самоочевидной составной частью природных законов, может нарушаться при слабых взаимодействиях такого рода, какими вызываются явления радиоактивности.

Действительно, опыты мадам By вскоре показали, что при радиоактивном бета-распаде имеет место сильное отклонение от симметрии правого— левого. Похоже было, что излучаемые при бета-распаде частицы с нулевой массой, так называемые нейтрино, существуют лишь в одной, скажем, левой форме, тогда как антинейтрино обнаруживают у себя лишь правую форму.

Свойства нейтрино особенно интересовали Паули уже по той причине, что это именно он первым предсказал существование нейтрино 20 с лишним лет тому назад. Теперь эти частицы были уже обнаружены экспериментально, однако новое открытие Янга и Ли характерным и интригующим образом изменяло прежний образ нейтрино.

Переходя от мемуара Гейзенберга к биографической книге Энца [o5], несложно восстановить и суть этого интереса Паули во всех физико-математических подробностях. Ибо сначала они были изложены в обширной и широко известной лекции Паули «К старой и новой истории нейтрино» [o7], сделанной в январе 1957 года на заседании Цюрихского научного общества. А затем тот же по сути материал был существенно дополнен и развит в лекциях учёного осенью 1958. То есть непосредственно перед безвременной и неожиданной для всех кончиной Паули в декабре того же года…

(2) Двухкомпонентная модель

В поздних лекциях Паули [o7], посвящённых физике нейтрино, особенное внимание уделено теме раздвоения:

Для нейтрино имеется особая возможность – так называемая двухкомпонентная модель. Данная модель согласуется со всеми экспериментальными данными. Одно время я относился к этой модели с известным скептицизмом, поскольку в ней слишком сильно подчёркивается особое положение нейтрино. Однако затем выяснилось, что именно таким путём [через раздвоение нейтрино] можно прийти к интересному обобщению…

Двухкомпонентная модель нейтрино привлекла в тот период особое внимание Паули по той причине, что практически одновременно в трёх разных странах появились сразу три впечатляющих публикации на эту тему от сильных и хорошо известных ему теоретиков (все из них станут затем Нобелевскими лауреатами, но к физике нейтрино их премии отношения не имеют):

– Ли Цзундао и Янг Чжэньнин, «Несохранение чётности и двухкомпонентная теория нейтрино» [o8a]
– Абдус Салам, «О сохранении чётности и массе нейтрино» [o8b]
– Лев Ландау, «Об одной возможности для поляризационных свойств нейтрино» [o8c]

Не вдаваясь в математические глубины разных доводов от теоретиков, дружно пришедших к одной и той же модели, можно суммировать суть их идеи так. В свете более раннего открытия Ли и Янга, продемонстрировавшего «нарушение закона чётности» (то есть уменьшение симметрий природы при вращении частиц, поскольку выяснилось, что здесь природа в некотором смысле «немного левша»), для особенных частиц нейтрино обнаружилась и особо примечательная физика.

При анализе уравнения Дирака для фермиона было показано, что в случае нейтрино эта частица распадается на две отдельные компоненты – одну с чисто леворуким вращением, другую с чисто праворуким. Иначе говоря, если у обычных фермионов (имеющих ненулевую массу покоя) присутствуют оба типа вращения и отмечается лишь небольшая леворукость, то у (предположительно безмассовых) частиц нейтрино вращение оказывается всегда лишь в одну сторону. Так что если один компонент нейтрино вращается по направлению движения всегда левым винтом, то другой компонент, антинейтрино, соответственно, всегда правым.

Или же, если угодно, наоборот, нейтрино бывают только праворукие, а антинейтрино только леворукие. В данном случае важна не столько конкретная киральность вращения у античастицы, сколько постоянное различие киральности у частицы и её античастицы.

Ибо, если вспомнить математическое открытие Майораной того факта, что частица нейтрино сама для себя является и античастицей, то получается, что один компонент раздвоенной частицы имеет левую спиральность вращения, а другой компонент, соответственно, спиральность правую…

Давнюю работу исчезнувшего Майораны, впрочем, в те годы никто не вспоминал. Но и без неё проницательный Вольфганг Паули, ознакомившись с новыми статьями коллег о двухкомпонентной модели нейтрино, счёл их важными до такой степени, что особо подчеркнул два момента. Во-первых, признал, что был прежде неправ, когда решительно критиковал аналогичную двухкомпонентную модель для безмассового фермиона, выдвинутую ещё в 1929 году Германом Вейлем на основе анализа уравнения Дирака.

А во-вторых, в новом возрождении двухкомпонентной модели для нейтрино Паули увидел важный сигнал, указывающий на возможность обобщения этой интересной физики для более глубоко понимания устройства фермионов с их определённо уменьшенной симметрией чётности в слабых взаимодействиях.

Следует подчеркнуть, что важность обобщения этих идей осознавал в ту пору далеко не только Паули. Например, один из выдающихся советских теоретиков Исаак Я. Померанчук считал, что выдвинутая Львом Ландау теория двухкомпонентного нейтрино – это вершина научного творчества его учителя. Но академик Померанчук, увы, скончался от рака в 1966, совсем нестарым ещё человеком в возрасте 53 лет.

Академик Ландау, хотя умер чуть позже, в 1968, к тому времени был уже давно и полностью выбит из научной деятельности из-за ужасной автомобильной аварии, произошедшей в январе 1962. Когда ему было тоже 53 года…

В этот же печально-мистический ряд нельзя не включить и очень важного для истории освоения нейтрино Энрико Ферми. Умершего от рака в 1954, в возрасте 53 лет. Наконец, согласно материалам недавнего расследования римской прокуратуры, изучавшей обстоятельства жизни Этторе Майораны в Южной Америке после его исчезновения из Италии в 1938, и этот теоретик по новым данным умер в Венесуэле в 1959 году. Иначе говоря, в возрасте 53 лет…

Пока что наука не располагает ничем, что могло бы хоть как-то объяснить причины для этой мистически связанной череды больших потерь. Но даже без объяснений должно быть ясно, что плеяда выдающихся учёных, особо далеко продвинувшихся в постижении тайн нейтрино, ушла из жизни именно в тот период, когда наука только-только начала приоткрывать реальную картину устройства этих неуловимо-загадочных частиц.

И теперь, когда мистический фон картины в целом ухвачен, становится особо интересно рассмотреть, что же произошло в науке дальше с двухкомпонентной моделью нейтрино.

(3) Исчезновение модели

Дабы длинную историю без потери общности сделать здесь покороче, просто заглянем в недавние научно-популярные книги, написанные учёными профессорами, целиком посвящённые частице нейтрино, её необычной физике и истории её трудного освоения.

Вот, скажем, совсем свежая книга «Частица-призрак: В поисках неуловимого и загадочного нейтрино». Изд-во МТИ, 2023 [o9a]. В книге нет не только никаких упоминаний имён нобелевских лауреатов Льва Ландау и Абдуса Салама, сыгравших заметную роль в создании современной теории нейтрино, но и вообще ни разу не упомянута модель двухкомпонентого нейтрино (two-component neutrino).

Другая аналогичная книга, опубликованная чуть ранее, в 2021, весьма именитым авторитетом в данной научной области: «История нейтрино: Великая космическая роль одной крошечной частицы» [o9b]. Ни одного упоминания имени Ландау, а имя Салама появляется только в связи с его нобелевской премией за теорию слабых ядерных взаимодействий. А потому, соответственно, и никаких страниц или хотя бы строк истории, посвящённых двухкомпонентному нейтрино.

Поскольку такая же по сути картина повторяется и с другими недавними книгами о нейтрино, отодвинем обзор чуть подальше, в 2010 год. Когда в издательстве Оксфордского университета вышла заметная книга под совсем лаконичным названием «Нейтрино» [o9c] от известного историка науки, профессора Фрэнка Клоуза. И здесь, увы, полное изъятие двухкомпонентной модели нейтрино сделано по той же самой схеме. Ни слова о теории Ландау, а имя Салама упомянуто лишь раз. И в связи с его совершенно иной, более поздней идеей об экспериментах с космическим нейтрино.

Ну и дабы всем стало совершенно ясно и очевидно, что тотальное выпиливание этого эпизода из истории науки происходит давно, повсеместно и явно неслучайно, осталось заглянуть в самые популярные онлайновые энциклопедии англоязычного мира, Wikipedia и Britannica. Где легко устанавливается, что и там в статьях о «Neutrino» про двухкомпонентную модель от Ландау, Салама и Янга-Ли нет абсолютно ничего…

Аккуратности ради следует отметить, что в русскоязычной Википедии, где советский физик Лев Ландау имеет почти божественный статус, статья «Нейтрино» содержит вполне информативный раздел и о двухкомпонентной модели, и о трёх статьях от именитых авторов, эту модель предложивших. Но по какой-то неназываемой причине в этой же статье полностью отсутствует упоминание о «механизме качелей» (Seesaw mechanism), с помощью которого в современной науке принято математически объяснять особо странные вещи в физике нейтрино. Типа осцилляций состояния частицы между разными «ароматами» или уровнями энергии (просто нейтрино, мю-нейтрино, тау-нейтрино), а также очень малой, но ненулевой, как принято ныне полагать, массы покоя.

А поскольку и во всех современных книгах о нейтрино, и в статьях англоязычных энциклопедий механизм Seesaw непременно упоминается как одна из базовых моделей в новейшей теории нейтрино, несложно сообразить вот какую вещь.

Здесь мы в очередной раз можем наблюдать, как официальная наука сама себе морочит голову. Ибо если аккуратно объединить давнюю модель двухкомпонентного нейтрино (игнорируемую в англоязычной литературе) и современную модель Seesaw mechanism (игнорируемую в русскоязычной вики-статье о нейтрино), то несложно увидеть именно то, чего в мире науки никто почему-то видеть не желает.

Как выглядит физика нейтрино в реальности

Есть глубочайшая ирония – густо замешанная с мистикой – в том, что теоретический фундамент для подлинного понимания физики нейтрино был заложен в 1857-58 годы. То есть ровно за сто лет до того, как в 1957-58 теоретики сделают важнейшие открытия о раздвоенном строении нейтрино и о ключевой роли этой структуры для понимания физики частиц в целом.

Именно тогда, в 1857-58, выдающийся врач и физиолог – а по совместительству ещё и одарённый физик-математик – Герман Гельмгольц подготовил и опубликовал эпохальную работу «Об интегралах гидродинамических уравнений, которым соответствуют вихревые движения» [o10]. Благодаря этой статье от Гельмгольца учёный мир впервые узнал о поразительной стабильности вихрей и неисчерпаемом богатстве их физики.

Среди удивительного разнообразия эффектов, порождаемых гидродинамикой вихрей, заметный интерес Гельмгольца вызвали вихревые кольца и особенности их взаимодействий. В частности, весьма нетривиальной оказалась совместная динамика поведения у пары коаксиальных или соосных колец. Чисто теоретически, решая уравнения гидродинамики идеальной жидкости, учёный открыл здесь примечательный эффект, ныне именуемый «чехарда вихревых колец» или Leapfrogging vortex rings.

Когда два одинаковых вихревых кольца двигаются вдоль общей оси в одном и том же направлении с одинаковыми скоростями, то они начинают взаимно притягиваться. Первое кольцо (1) при этом растягивается и замедляет движение, а второе кольцо (2) стягивается и ускоряет свой ход, проскакивая сквозь кольцо (1). Как только это происходит, теперь уже кольцо (2) начинает расширяться и замедляться, а кольцо (1), наоборот, сужаться и ускоряться. Когда размеры и скорости колец выравниваются, эта же чехарда повторяется вновь и вновь. Так что в условиях идеальной гидродинамики (несжимаемой и невязкой жидкости) такого рода осцилляция пары колец будет продолжаться до бесконечности.

Представленную так схему чехарды вихревых колец обычно приводят в качестве примера впечатляющей мощи математической физики. Ибо вскоре после того, как данный эффект был открыт чисто теоретически через решение уравнений, в экспериментальной физике его успешно воспроизвели с помощью вихревых колец дыма. Которые в условиях реальной воздушной среды осциллировали не до бесконечности, конечно же, а всего несколько раз. Но зато вполне наглядно и убедительно.

Видеть в этой же наглядной физике механизм в основе устройства нейтрино, однако, до сих пор в науке совершенно не принято. Почему так, объяснялось неоднократно в других местах, а здесь повторять неинтересно. Ибо куда интереснее обратить внимание на ключевые моменты в «загадочной физике нейтрино» и на то, сколь просто и естественно они объясняются через модель-аналогию с чехардой вихревых колец.

Самое очевидное соответствие, конечно же, – это два компонента модели, постоянно меняющихся местами в процессе нескончаемых осцилляций. И образующих единую квази-частицу.

Хотя эта раздвоенная «частица» как целое постоянно движется в одном направлении, её компоненты-кольца относительно друг друга всё время движутся в направлениях противоположных. И с противоположной спиральностью. Как частица и анти-частица.

Сопутствующие осцилляциям регулярные перемены в размере двух компонентов – одно кольцо сжимается, когда другое расширяется – это суть механизма Seesaw, то есть «качелей» в основе математического описания нейтрино.

Размер (плотность энергии) каждого из колец в процессе осцилляций имеет три отчётливых фазы: максимального растяжения; максимального сжатия; и равенства двух колец в моменты перехода к следующему циклу взаимных обменов местами. Иначе говоря, компоненты постоянно осциллируют между тремя базовыми уровнями энергии…

Дабы окончательно и естественно связать эту гидродинамическую модель с физикой нейтрино, осталось напомнить, что, согласно последним данным наиболее продвинутых теоретических исследований (физика твисторов и бран/струн), планковский квант энергии представляет собой «деформацию пространства-времени в форме фибрации Хопфа». Или, выражаясь попроще, в форме вихревого кольца. [i5]

И когда нейтрон, состоящий из коаксиально сцепленных протона и электрона, при бета-распаде разделяется на два этих компонента, каждый из них испускает по одному кванту Планка. В результате чего эта пара вихревых колец – согласно Гельмгольцу – образуют сдвоенную частицу-нейтрино с постоянно осциллирующими в чехарде половинами…

Почему это очень важно

Очерченная здесь картина вихревого устройства нейтрино – преднамеренно доведённая до наивной простоты и наглядности – нужна для того, прежде всего, чтобы стали яснее взаимосвязи между раздвоенной физикой нейтрино и «новым синтезом наук», предсказанным в давнем сне Паули.

О том, что важнейшая идея о единой вихревой природе всех частиц (или «дуальность частица-вихрь», как это предпочитают именовать деликатные теоретики) на сегодняшний день освоена в науке уже весьма глубоко и разносторонне, здесь рассказывалось неоднократно. [i6]

Но пока что, увы, все эти богатые результаты исследователей фактически никак не встроены в фундамент физической науки. Ибо в фундаменте по прежнему царят Стандартные Модели. А для них концепция частиц как вихрей в эфире – всё равно что чудовищная ересь для всякой порядочной религии.

И коль скоро путь к естественному объединению физики, биологии и сознания вселенной с необходимостью должен проходить через освоение реальной природы частиц как вихрей, понятно, наверное, почему движения на этом пути практически не наблюдается.

Пока же наука наша продолжает размышлять, как начать выход из кризиса без потери лица и достоинства, здесь будет продемонстрировано вот что. Универсальная, можно сказать, полезность новой модели нейтрино – как пары меняющихся местами вихревых колец – для прояснения множества самых разных загадочных вещей.

От единой вихревой природы бозонов и фермионов до роли нейтрино в работе человеческого сознания, всех разумных существ и единого разума вселенной в целом.

От нескончаемых циклов расширения-сжатия космоса и до асимметрично раздвоенного устройства времени.

Именно об этом, кстати, и запланирован следующий рассказ.

[ Продолжение следует ]

# # #

Дополнительное чтение:

[i1] Сны Вольфганга П.

[i2] Живая физика сверхтекучести (и при чём здесь гравитация) ; Квантовая биология частиц ; Асимметрии метаболизма в биофизике частиц

[i3] Сюрпризы квантовой топологии ; SYK как начало Gloria Mundi

[i4] Мировая Формула , Что-то случилось , Паули как психотравма , Гостайна как метафора

[i5] Геометрия деформаций вместо антропного принципа

[i6] Назад к Эйлеру как вперед к Арнольду ; Вихри и знаки перемен  ; Живая материя как дуальность частица-вихрь

# #

Основные источники:

[o1] W. Pauli to C.G. Jung, 23 October 1956 (in: C.A. Meier ed., Atom and Archetype. The Pauli/Jung Letters 1932-1958. Princeton University Press, 2001)

[o2] Clyde Cowan, Frederick Reines et al. «Detection of the free neutrino: A confirmation». Science. 124 (3212): 103–104. (1956)

[o3] Enrico Fermi. Tentativo di una teoria dell’emissione dei raggi «beta». La Ricerca Scientifica, 4, (1933), pp. 491–95 ; E. Fermi. Versuch einer Theorie der β-Strahlen. Zeitschrift für Physik, 88, (1934), pp. 161–71.

[o4] Ettore Majorana. Teoria Simmetrica dell’Elettrone e del Positrone. Nuovo Cimento 14, 171 (1937)

[o5] Enz, Charles P., No Time to be Brief, A scientific biography of Wolfgang Pauli, Oxford University Press, Oxford, 2002

[o6] Werner Heisenberg. Der Teil und das Ganze. Gespräche im Umkreis der Atomphysik. R. Piper & Co. Verlag, München 1969. Русский перевод: Гейзенберг В. Физика и философия. Часть и целое. М.: Наука, 1989. Английский перевод: Werner Heisenberg. Physics and Beyond. Encounters and Conversations. Harper & Row, New York 1971

[o7] W. Pauli, ‘On the Earlier and More Recent History of the Neutrino’. In Wolfgang Pauli. Writings on Physics and Philosophy (eds: C. P. Enz and K. von Meyenn). Springer, 1994. Русский перевод: «К старой и новой истории нейтрино», в сборнике Вольфганг Паули, Физические очерки. М.: Наука, 1975

[o8a] Lee T. D. and Yang C. N. Parity Nonconservation and a Two-Component Theory of the Neutrino. Phys. Rev. 105, 1671 (1957)

[o8b] A. Salam. On parity conservation and neutrino mass. Il Nuovo Cimento (1955-1965) volume 5, pages 299–301 (1957)

[o8c] Лев Ландау, Об одной возможности для поляризационных свойств нейтрино. ЖЭТФ, Том 32, стр 407 (1957). Английская версия: L.D. Landau, Possible Properties of the Neutrino Spin. JETP, Vol. 5, No. 2, p. 337 (August 1957)

[o9a] Alan Chodos and James Riordon. Ghost Particle. In Search of the Elusive and Mysterious Neutrino. MIT Press, Cambridge, Massachusetts 2023

[o9b] Rabindra N. Mohapatra. The Neutrino Story: One Tiny Particle’s Grand Role in the Cosmos. Springer Nature Switzerland, 2021

[o9c] Frank Close. Neutrino. Oxford University Press , New York. 2010

[o10] H. Helmholtz, Über Integrale der hydrodynamischen Gleichungen, welche den Wirbelbewegungen entsprechen, Crelle-Borchardt, Journal fur die reine und angewandte Mathematik, Bd. LV, S. 25-55. Berlin, 1858. Русский перевод: Гельмгольц Г. «Основы вихревой теории». Москва—Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2002.

 #