Навряд ли все это можно приписать случаю. Если считать, что в нашей вселенной звезды и галактики — это лишь случайные отклонения от какого-то среднего, очень разреженного распределения материи в мировом пространстве, то трудно предположить, чтобы это отклонение было так велико. Такие случайные отклонения очень маловероятны. Возникновение звезд не случайно, а закономерно, хотя закономерность их рождения и развития еще далеко не познана.
Итак, преобладание вещества над антивеществом во вселенной не случайно. Размышления над этой загадкой привели Понтекорво и Смородинского к удивительной гипотезе. Им и ряду других исследователей представляется возможным, что когда-то, на более ранней стадии развития вселенной, плотность материи в природе была много большей, чем наблюдаемая теперь. Тогда не было такого разрыва между «пустотой» и звездами.
Но за счет какого же вещества плотность материи была больше? Что это за загадочное вещество, о котором до сих пор никто ничего не знал, и куда оно делось?
Ученые никогда не смогли бы ответить на этот вопрос, не случись три десятка лет назад одно маловажное на первый взгляд событие. Наблюдая самопроизвольное испускание электронов атомным ядром (бета-распад), исследователи с удивлением обнаружили, что электроны уносили из ядра меньшую энергию, чем следовало. Какая-то часть энергии как бы терялась.
Незыблемый закон сохранения энергии гласит, что энергия не возникает из ничего и не превращается в ничто. Во что же превратилась недостающая энергия при бета-распаде? В ничто, говорили приборы, потому что, кроме электронов и испустивших их ядер, они больше ничего не замечали.
Может быть, закон сохранения энергии неверен, может быть, придется отказаться от него? — всерьез прикидывали некоторые ученые. Но как отказаться от закона, на котором зиждется вся современная наука? Это было не так-то просто.
Конечно, большинство понимало, что основные законы природы не могут нарушаться. Возможно, что-то неладно в постановке эксперимента? Или в его объяснении?..
Но опыты были точными и совершенно надежными. Все проверки приводили к тому, что законы сохранения нарушаются, или… или, заявил в 1931 году известный швейцарский физик-теоретик Вольфганг Паули, в реакции участвует еще одна частица, которая остается незамеченной. Она-то и уносит избыточную энергию и импульс, недостающие у тех частиц, которые регистрируются приборами.
Так ученые напали на след загадочной частицы-невидимки, которую два года спустя Ферми назвал нежным словом «нейтрино», что означает приблизительно «нейтральная малютка». С тех пор нейтрино окончательно приобрели права гражданства. Войдя в науку на кончике пера физика-теоретика, они впоследствии оказались необходимыми для объяснения многих процессов, происходящих в микромире. В дальнейшем, наблюдая не только бета-распад, но и другие взаимодействия между элементарными частицами, физики-экспериментаторы часто убеждались в потере энергии. Но теперь это не беспокоило их. Они знали о существовании нейтрино — непойманного вора энергии.
А спустя немного времени ученые смогли убедиться, что и нейтрино имеет своего антипода — антинейтрино. Но нейтрино — частица нейтральная, она не несет в себе электрического заряда. Поэтому ее пара — антинейтрино отличается не зарядом (оно тоже нейтрально), а другим своим свойством. Если нейтрино можно сравнить с винтом с левой нарезкой, то антинейтрино — типичный винт с правой нарезкой. Мы сравниваем их с винтом потому, что обе частицы ведут себя так, как будто непрерывно вращаются, причем в разные стороны.
Эти-то удивительные частицы — нейтрино и антинейтрино — Понтекорво и Смородинский избрали проводниками в прошлое мира…
Авторы нового взгляда на эволюцию вселенной предположили, что в отдаленнейшие времена, представить которые может лишь воображение, мир был симметричен. Основная часть материи существовала в виде нейтрино и антинейтрино высоких энергий. В это время плотность материи была очень высока. При этих условиях нет ничего невозможного в случайном образовании большого количества протонов, нейтронов и других частиц, не уравновешенных соответствующим числом античастиц. При значительном преобладании уравновешенных нейтрино и антинейтрино эти нескомпенсированные протоны и нейтроны не сильно нарушали симметрию вещества и антивещества.
И если на ранней стадии развития вселенной существовало огромное и приблизительно одинаковое количество нейтрино и антинейтрино, рассуждают ученые, то число их во вселенной и теперь должно быть почти одинаково и очень велико. Ведь они никуда не исчезали, а ядерные реакции — поставщики этих частиц — происходили все время. Значит, и число нейтрино и антинейтрино неуклонно росло. Поэтому они должны были постепенно накапливаться во вселенной, пропитывая ее словно неуловимый и ненаблюдаемый мировой эфир, полюбившийся ученым XIX столетия. Образуя фон и по суммарной массе превосходя все другие виды материи, «нейтринно-антинейтринный эфир» должен был бы в наше время господствовать во вселенной, представляя уникальный пример содружества вещества и антивещества. При таком положении вещей ученым не пришлось бы далеко ходить в поисках антимира. Антивещество было бы в изобилии вокруг нас и в нас самих.
Так все, наверно, и было бы, если бы вселенная не разбегалась. Но вселенная неуклонно расширяется. Это предположил советский теоретик А. Фридман, а астрономы подтвердили. Наблюдая в телескопы далекие звездные скопления, можно увидеть, как они с огромной скоростью убегают от нас. И тем скорее, чем дальше от нас находятся.
Той же участи подвержены и нейтрино с антинейтрино. При расширении вселенной и их масса распределяется по все более увеличивающемуся объему. Поэтому в наше время в нашей части космоса картина симметричного мира существенно исказилась. В наши дни возле нас, возможно, осталась значительная часть протонов и нейтронов, но лишь ничтожная доля прежней плотности нейтринной массы. Ведь тяжелые частицы движутся медленно, а нейтрино и антинейтрино летят со скоростью света.
Но прервем наш рассказ и спросим у ученых: почему же мы узнаем о роли нейтрино в эволюции вселенной только сегодня? Если нейтрино и антинейтрино было так много, больше всей остальной материи, почему мы не знали об этом раньше?
И услышим почти неправдоподобный ответ: да потому, что за эти частицы просто невозможно зацепиться! Они не имеют электрического заряда, поэтому абсолютно не обращают внимания на электрические приманки. Их невозможно взвесить — они ничего не весят! Во всяком случае, их масса так мала, что ее пока никак не измеришь. А кроме того, как говорят физики, нейтрино не имеют массы покоя. А это в переводе на обычный язык значит, что в покое эти частицы никогда не бывают! Они движутся непрестанно и с самой большой скоростью, которая только возможна в природе, — со скоростью света.
Кроме всего прочего, нейтрино почти невозможно заманить ни в какую ловушку — они обладают феноменальной способностью проникать сквозь любые преграды: сквозь землю, звезды, галактики. Это настолько удивительно, что…
Но предоставим слово Понтекорво:
— Это напоминает мне анекдот о человеке, который, глядя на жирафа в зоопарке, бормочет: «Не может быть!» Пусть читатель судит сам: нейтрино могут беспрепятственно проникать, скажем, через чугунную плиту, толщина которой в миллиард раз превышает расстояние от Земли до Солнца. Попросту говоря, для резвых малюток наш земной шар, да и любое другое небесное тело, сколь плотным оно нам ни кажется, так же прозрачен, как обычное оконное стекло для света.
Плюс ко всему нейтрино и антинейтрино не реагируют даже на своих сородичей, жителей микромира. Другие частицы могут видоизменяться, умирать и вновь рождаться, вступать в союз с себе подобными. Но эти, загадочные и странные, почти не вступают в общение ни с какими другими известными формами материи.
После сказанного все претензии к ученым, все обвинения по поводу нейтрино, конечно, снимаются.
Теперь ясно, что поимка нейтрино, пожалуй, посложнее поимки в наши дни целаканта — древней рыбы, исчезнувшей с лица Земли, как считалось, более 50 миллионов лет назад. И все-таки люди поймали живого целаканта!
Обнаружили они недавно и антинейтрино, образующиеся в атомных реакторах.
Да и как могло быть иначе? Хоть нейтрино и антинейтрино — частицы хитрые, умеющие избежать ловушки, однако они существуют, и, значит, не может не быть способа обнаружить их.
И способ нашелся, когда ученые научились освобождать энергию, заключенную в атоме, построили урановый котел. Расщепляясь, ядра атомов урана выбрасывают из своих недр несколько радиоактивных ядер, являющихся источником антинейтрино.
Антинейтрино, конечно, беспрепятственно проникают сквозь бронированную защиту реактора и устремляются в мировое пространство.
А если при выходе из реактора поместить на их пути множество протонов? Теория подсказывает, что при этом хотя бы изредка должен возникать процесс, как бы обратный бета-распаду. Протон «проглотит» антинейтрино и распадется на нейтрон и позитрон. Опознать же эти частицы ничего не стоит. Если приборы зафиксируют их, значит ясно: причиной катастрофы действительно были антинейтрино.
Такой блестящий опыт и осуществили в 1956 году два американских физика: Фредерик Рейнс и Клайд Коуэн, лишив странные частицы мистического ореола. Но для этого ученым пришлось спроектировать особый, чудовищных размеров аппарат и воздвигнуть его рядом с одним из ядерных реакторов, расположенных на реке Саванне. Вот как об этом в нескольких словах говорит американская печать: «Из реактора вылетали квадрильоны квадрильонов нейтрино — нескольких из них Рейнсу и Коуэну удалось остановить».
Так были задержаны и опознаны неистовые частицы.
Это подтвердило теоретическую предпосылку Паули. Однако гипотезе Понтекорво и Смородинского ничем не помогло.
Чтобы подтвердить гипотезу, ученым нужно поймать не те нейтрино и антинейтрино, которые рождаются в атомных котлах, созданных руками человека, а те, которые издавна носятся в просторах вселенной. Вернее, нужно определить их общую массу. Лишь это могло бы подтвердить гипотезу или опровергнуть ее.