Как проверили зеркальную симметрию природы
В повседневном мире зеркальное отражение обычно меняет местами левую и правую стороны, но не меняет сами законы движения. Физики проверили, справедливо ли это и для процессов внутри атомного ядра. Для проверки ядра кобальта-60 охладили почти до абсолютного нуля и ориентировали их вращение в одном направлении с помощью магнитного поля. Затем наблюдали за электронами, возникающими при радиоактивном распаде.
Охлаждение было необходимо, чтобы тепловое движение не перемешивало направления ядер. Иначе возможный перекос в вылете электронов затерялся бы в беспорядке.
Что именно нарушило зеркальное правило
При распаде кобальт-60 превращается в никель-60 и испускает электрон. Если бы процесс одинаково относился к зеркально противоположным направлениям, электроны должны были бы разлетаться вдоль и против вращения ядер с сопоставимой частотой. Но их оказалось больше в одном направлении — против вращения.
Здесь важно, что вращение ядра и движение электрона ведут себя при отражении по-разному. Вращение задаёт направление оси, а скорость электрона — направление его полёта. В зеркальном отражении ось вращения остаётся ориентированной по прежнему правилу, а направление полёта меняется на противоположное. Поэтому зеркальная копия опыта поменяла бы местами предпочтительные направления, но не устранила бы сам перекос.
Почему результат оказался важен
Причина — слабое взаимодействие, одна из фундаментальных сил природы, отвечающая за некоторые виды радиоактивного распада. Оно различает левое и правое: зеркально отражённый процесс не является точной копией исходного. Это свойство называют нарушением пространственной чётности; «чётность» здесь означает симметрию физических законов при зеркальном отражении.
Опыт показал не просто необычную привычку электронов, а предел применимости привычной симметрии: даже если две ситуации отличаются только зеркальным отражением, слабое взаимодействие может отдавать предпочтение одной из них.
