Накануне юбилея НГУ нам присылают воспоминания о событиях, имеющих отношение не только к выпускникам НГУ, но и к истории сибирской науки. Сегодня — текст А.Л. Рудницкого о событиях, происходивших в ИЯФ и имеющих отношение к доказательству модели Вайнберга — Салама.
Закон сохранения четности – еще одно замечательное доказательство, что интуиция даже гениальных ученых – ненадежный инструмент в современной физике. Никто не сомневался, что четность всегда сохраняется, пока в 1957 году не было обнаружено ее нарушение при распадах ядер и элементарных частиц, определяемых слабыми взаимодействиями. Лев Ландау, обещавший повеситься, если окажется, что четность не сохраняется, своего обещания не выполнил[i].
Гипотезу, что в атомных переходах может нарушаться четность, высказал еще в 1959 г. академик Я.Б. Зельдович. В 1968 году Вайнберг и Салам предложили объединенную теорию электромагнитных и слабых взаимодействий[ii].
Проф. НГУ Иосиф Хриплович для наблюдения нарушения четности в оптических переходах предложил измерять поворот плоскости поляризации – оптическую активность при прохождении резонансного лазерного излучения через пары тяжелых металлов. Практически самым удобным объектом исследования оказались пары атомов висмута. Поворот плоскости поляризации на линиях висмута, полученный в рамках объединенной теории, составил около 10-7 радиан (это все равно, что замерить превышение в 0,1 мм на длине в 1 км!). Но, обнаружив этот эффект, удалось бы экспериментально подтвердить объединенную теорию Вайнберга и Салама. Это выдающийся результат для любого ученого, а решить проблему ядерной физики и физики элементарных частиц на лабораторном столе методами классической спектроскопии – от такой перспективы закружится голова у самого спокойного человека. Но член-корреспондент РАН Лев Барков и к.ф.-м.н., выпускник НГУ Макс Золоторев были не робкого десятка, и в 1974 году они начали собирать установку для измерений на линии 647,7 нм висмута. В следующем году в гонку включились группа П.Г.Х. Сандерса из Оксфордского университета, выбравшая ту же красную линию, группа Е.Н. Фортсон из Университета штата Вашингтон в Сиэтле, выбравшая инфракрасный переход, и группа известного специалиста в области спектроскопии проф. И.И. Собельмана в ФИАНе.
В 1977 году объединенная англо-американская команда опубликовала отрицательный результат своих исследований, утверждая, что на линиях висмута поворот плоскости поляризации, обусловленный несохранением четности, не наблюдается. 25 марта 1978 года Л.М. Барков и М.С. Золоторев сообщили о достоверном наблюдении вращения плоскости поляризации на линии висмута. И.И. Собельман 14 мая 1978 года выступил в качестве арбитра. Назвав наиболее успешным развитие исследований в оксфордской и сиэтловской группах, он заявил: «Опубликованы окончательные результаты экспериментов на висмуте. На обеих линиях висмута эффект, предсказываемый моделью Вайнберга — Салама, не обнаружен, хотя в эксперименте обеспечен примерно десятикратный запас по чувствительности». Сообщить об опровергавшей этот вывод публикации менее успешной новосибирской группы он не счел необходимым.
На VI Международной конференции по атомной физике в Риге, состоявшейся 16-19 августа 1978 года, обсуждение экспериментов по обнаружению несохранения четности в атомных переходах напоминало рыцарский турнир: соперники публично защищали результаты своих исследований, исключающие друг друга.
Сначала с докладом «Несохранение четности в атомах висмута» от имени объединенной англо-саксонской группы выступил П.Е.Дж. Барид. Он рассказал о установках в Сиэтле и Оксфорде, применявшихся методах измерения и о полученном нулевом результате. Десятикратный запас по точности в этом сообщении не наблюдался.
С сообщением «Наблюдение несохранения четности в атомных переходах» новосибирскую команду представил Макс Золотарев, попросивший для начала одного из молодых коллег представить результаты последних новосибирских вычислений поворота плоскости поляризации на линии 647,7 нм. Выполняя расчеты, И.Б. Хриплович, В.Н Новиков, О.Н. Сущков и В.В. Фламбаум пожертвовали формальной строгостью вычислений и использовали все имеющиеся в их распоряжении надежные экспериментальные данные. В результате обычную ошибку в 50% удалось уменьшить до 20%.
Затем Макс Золоторев рассказал о своей установке и методике измерения. Как сказал однажды на лекции Лев Барков: «Когда мы убрали из установки все лишнее, у нас появилась надежда, что что-то может получиться». Обсуждаемые ниже детали взяты из публикации авторов доклада в марте 1978 года[iii].С помощью изобретенной призмы в стандартном американском лазере на красителе «Спектра-Физикс» (модель 175) длина волны излучения перестраивалась в одночастотном режиме около выбранной линии поглощения. Мощность лазера уменьшилась до 15 мВт. Необходимо было компенсировать влияние магнитного поля земли, в результате которого плоскость поляризации поворачивалась на несколько порядков сильнее, чем из-за несохранения четности. Неоднородность и флюктуации плотности паров висмута при температуре в кювете около 1500о С приводили экспериментаторов в отчаяние. Для подавления шумов они вычитали сигналы двух каналов и интегрировали их с помощью фазовых детектора. Авторов можно было поздравить, что использованная ими система регистрации обеспечивала случайную ошибку по порядку, близкую к минимальной и достижимой при оптимальной обработке сигнала. Но самого большого успеха они добились в героической борьбе с систематическими ошибками.
Не имея опыта спектроскопических исследований, Лев Барков и Макс Золоторев, уверенные в своих силах, сами изобретали приемы измерений (во многих случаях известные!), считая, что рыскать по учебникам и статьям у них нет времени. Победителей не судят – ошибку измерений поворота плоскости поляризации им удалось снизить до 15%.
Авторы нашли очень наглядный прием демонстрации подтверждения теории Вайнберга — Салама 
своими измерениями: на рисунке изображено отношение измеренных сдвигов плоскости поляризации к его теоретической величине. Этого рисунка я не нашел в тезисах доклада, но он демонстрировался во время сообщения и раньше был опубликован.
Позднее зарубежные соперники повторили измерения и в 1980 году подтвердили правильность новосибирских результатов. Но проф. И.И. Собельман и в 1980 году не постыдился еще раз опубликовать нулевой результат, хотя всем уже все было ясно[iv].
Подавляющее число участников конференции, как и я, ничего не понимали ни в сохранении четности, ни в объединенном электромагнитном и слабом взаимодействии, но сложность эксперимента и искусство докладчиков они как раз могли оценить профессионально. В то же время всем участникам конференции было очевидно, что им довелось присутствовать при событии, которое навсегда останется в истории физики.
Случайно присутствуя на докладе Макса Золоторева, я получил настолько сильное впечатление, что не мог сдержать радостную улыбку на своем лице даже на улице и еле сдерживал желание рассказать встречным, что с Мариком мы знакомы уже сто лет[v].
Своими впечатлениями о конференции я поделился в юбилейной статье для газеты «Наука в Сибири»[vi], а здесь в связи с юбилеем НГУ уместно вспомнить о другом.
ИЯФ получил отказ на ходатайство о награждении Ленинской премией авторов этого замечательного открытия. Как пояснили Льву Баркову очень авторитетные в Академии Наук люди, отказавшись от коллаборации, они нарушили все правила. «Работали ведь серьезные люди и надо было с ними объединиться»1. То есть Лев Барков и Макс Золоторев обязаны были съездить в ФИАН, исправить ошибки в измерениях знатных спектроскопистов, а затем включить их в число соавторов. И у москвичей хватило бы совести не отказаться? Либо, чтобы избежать упреков, новосибирцы должны были заявить, что несохранение четности в переходах атомов висмута не наблюдается, и снять свой доклад в Риге. Такая вот бюрократическая коллаборация!
Почему-то, прежде чем поддерживать, рискуя своей репутацией, ошибочные измерения зарубежных авторов, проф. И.И. Собельман не приехал в Новосибирск, чтобы развеять свои надуманные сомнения, а предпочел о новосибирских исследованиях не упоминать.
Похоже, это было общее мнение академической бюрократии. Во всяком случае, когда Макс Золоторев в 1979 году защитил диссертацию на звание д.ф.-м.н. «Несохранение четности в атомах», в ВАКе возникла позорная возня и был даже назначен черный рецензент.
А за упорство или в утешение в 1990 году проф. И.И. Собельман был удостоен государственной премии и стал директором отделения оптики в ФИАНе.
Но интриги, премии и даже диссертации – это не наука. Наука – это получение новых знаний и открытий. Успех в ней приходит к достойным, а не к высокопоставленным. Во всяком случае, народ в Академгородке всегда жил по другим принципам.
Открытие несохранения четности в атомных переходах было обеспечено высокой квалификацией, трудолюбием, верой в собственные силы и профессиональной честностью авторов. Например, в первом сообщении Льва Баркова и Макса Золоторева о достоверном измерении поворота плоскости поляризации (по-моему, в МИФИ), авторы утверждали, что наблюдавшийся поворот имел обратный знак по отношению к рассчитанному теоретически. Потом это недоразумение разъяснилось: теоретики предпочитают вычислять производную по частоте, а экспериментаторы по обратной величине – длине волны.
Определяющим обстоятельством оказалось и то, что рядом жили, работали и сотрудничали теоретики и экспериментаторы высочайшей квалификации. Именно для этого и создавался Академгородок. Достойным эпилогом этого открытия явилась публикация обзорной статьи в УФН[vii], в которой приведен уточненный результат измерений поворота плоскости поляризации за счет несохранения четности Φэксп./ Φтеор. = 1,07 ±0,14.
Честь экспериментального наблюдения несохранения четности в атомных переходах и подтверждения объединенной теории электромагнитных и слабых взаимодействий Вайнберга и Салама путем наблюдения оптической активности на красной линии атомарного висмута принадлежит ИЯФ СО РАН, где была выполнена эта работа. Но научная биография всех участников этого исследования неразрывно связана с НГУ. Академик Лев Барков со времени своего приезда в Академгородок в 1967 году преподавал в НГУ, был деканом физфака, а потом заведующим кафедрой ядерной физики. Член-корреспондент РАН Иосиф Хриплович преподавал в НГУ, заведовал в нем кафедрой теоретической физики, является почетным профессором НГУ. Все остальные участники этого проекта – к.ф.-м.н. Макс Золоторев, Владимир Новиков, Олег Сушков и Виктор Фламбаум – выпускники физфака НГУ. Мне известно, что Макс Золотарев читал курс электродинамики на физфаке. В Кызыле он проводил олимпиаду по физике для отбора учеников в ФМШ. Там, кстати, юные националисты побили его как русского, а после в родном Киеве ему досталось как еврею.
Их успех не случаен. Основатели Академгородка для физфака НГУ выбрали модель обучения МФТИ с участием студентов в научной работе. Именно поэтому диплом МФТИ и физфака НГУ всегда признавался во всем мире. Победа новосибирских ученых в условиях жесткой конкуренции еще раз подтвердила заслуженность высокой репутации выпускников НГУ, у которого есть все основания гордиться своими преподавателями и своими выпускниками. А студенты должны помнить их и их достижения.
Александр Рудницкий
20 августа 2019 года
На фото: М.С. Золотарев, И.Б. Хриплович, Л.М. Барков у источника света «Спекрта-Физикс 375». Фото из журнала «Наука из первых рук»[i]
Примечания:
[i] «Зеркальная асимметрия в атомных явлениях. К 30-летию открытия новосибирских физиков», «Наука из первых рук», №1, 25.03.2009.
[ii] В 1979 году они вместе с Шелдоном Ли Гленшоу получили Нобелевскую премию за вклад в теорию слабых и электромагнитных взаимодействий между элементарными частицами.
[iii] Л.М. Барков, М.С. Золотарев. Письма ЖЭТФ, 27, 379.
[iv] После доклада в Риге, американская фирма решила подарить Льву Баркову и Максу Золотареве лазер новейшей конструкции, имеющий большую мощность излучения. Но он чудесным образом до Новосибирска не дошел. Возможно, последний отрицательный результат 1980 года получен с помощью этого лазера (устное сообщение).
[v] С таким же энтузиазмом 12 апреля 1961 года, я в Ташкенте, около ТашГУ встретил весть о полете, что Юрия Гагарина впервые облетел планету и благополучно приземлился, хотя с космонавтом и не был знаком.
[vi] Александр Рудницкий, «40 лет триумфу наших ученых из ИЯФа», ЖЖ, 23.08.2018.
[vii] Л.М. Барков, М.С. Золотарев и И.Б. Хриплович «Несохранение четности в атомных переходах», УФН, 1980,, т.132, вып.3.