«Гелл-Манн и Пайс впервые указали на интересное следствие, вытекающее из того факта, что K⁰ и K—⁰ не являются тождественными частицами. Вероятность превращения K⁰ → K—⁰, вызываемого слабыми взаимодействиями, приводит к тому, что нейтральные К-мезоны необходимо рассматривать как смесь частиц K₁⁰ и K₂⁰, имеющих разную комбинированную четность. В настоящей заметке обсуждается вопрос, существуют ли иные “смешанные” нейтральные частицы (не обязательно “элементарные”), кроме K⁰ мезонов, которые отличаются от соответствующих античастиц, причем переходы частица → античастица не являются строго запрещенными».

Что такое осцилляции нейтральных К-мезонов? Как мы уже говорили, мезоны K⁰ и K—⁰ отличаются флейворным квантовым числом странностью S. Странность К⁰-мезона S = +1. Странность K—⁰-мезона S = –1. В сильных взаимодействиях странность сохраняется. Если бы мы жили в Сильном мире, где существуют только сильные взаимодействия, то переходы

были бы строго запрещены. Но в реальном мире есть еще и слабое взаимодействие, в котором странность не сохраняется. Поэтому в Сильно-Слабом мире переходы K⁰ в K—⁰ могут проходить через промежуточные состояния с нулевой странностью, типа:

На первый взгляд, это означает, что если бы мы создали пучок чистых K⁰, то со временем они бы все просто перетекли в K—⁰. Однако K—⁰ тоже могут переходить в K⁰. Поэтому ситуация становится намного интереснее. Условно она показана на Рис. 34-1.

Если приготовить в начальном состоянии пучок чистых К⁰-мезонов и позволить ему свободно распространяться, то со временем число К⁰-мезонов сначала действительно будет уменьшаться, причем в пучке К⁰ начнут возникать K—⁰-мезоны, что соответствует нашим интуитивным ожиданиям. Но если мы продолжим наблюдения, то увидим, что число К⁰-мезонов перестанет падать и даже начнет увеличиваться, а число K—⁰-мезонов, соответственно, уменьшаться (см. Рис. 34-1). Такие вариации числа К⁰-мезонов будут продолжаться и дальше с уменьшающейся амплитудой. Этот эффект называется осцилляциями в системе К⁰-K—⁰-мезонов.

Рис. 34-1. Вероятность наблюдения K⁰ и K—⁰-мезонов в зависимости от времени, выраженного в единицах времени жизни короткоживущего K-мезона τ_S.

В нашем повседневном мире, казалось бы, нет ничего подобного осцилляциям каонов. Конечно, русскую народную песню «Летят утки, летят утки и два гуся» можно рассматривать как рассказ о том, что в момент t₀ летели утки, а в момент t₁ в стае уток появилось два гуся. Но поскольку в песне не прослеживается, что в дальнейшем, по мере движения, число уток опять восстанавливается, мы не можем считать это полноценным описанием осцилляций в системе утки-гуси.

Однако механический аналог явления осцилляций каонов существует. Это два маятника, связанные слабой пружинкой. Такую игрушку подарили Бруно на 70-летие Л. Микаэлян и А. Боровой из Курчатовского института.

Если отклонить один из маятников, на Рис. 34-2 он справа, то скоро его колебания начнут затухать, а другой, левый, маятник начнет раскачиваться со все более возрастающей амплитудой. Затем процесс повторится: левый маятник замедлит свои колебания, а колебания правого маятника начнут возрастать. Если закрыть экраном один из маятников, то можно показывать изумленному зрителю фантастический маятник с переменным периодом колебаний[34].

Рис. 34-2. Осцилляции в системе связанных маятников.

Осцилляции каонов возникают за счет красивого квантового эффекта интерференции амплитуд процессов с частицами разной массы. В Сильном мире массы K⁰ и K—⁰ строго одинаковы. Но включение слабого взаимодействия приводит к расщеплению единого уровня K⁰ и K—⁰ на два состояния – K₁⁰ и K₂⁰ с разными массами[35]. То есть, вброшенные в мир Слабых взаимодействий, K⁰ и K—⁰ начинают ощущать, что являются смешанными состояниями из симметричной [36] и антисимметричной комбинаций K₁⁰ и K₂⁰:

Разность масс K₁⁰ и K₂⁰ фантастически мала (и это крайне существенно для возникновения осцилляций):