Ее надо сравнить с массой K⁰, которая составляет 498 МэВ. То есть величина ∆m составляет всего лишь 10^-15 от массы K⁰. Но с точки зрения Слабых взаимодействий K₁⁰ и K₂⁰ – совершенно разные частицы, у них разные времена жизни. K₂⁰ живет более чем в 100 раз дольше, чем K₁⁰.

Сегодня мы знаем, что эффекты осцилляций возникают не только у нейтральных К-мезонов, но и у всех других нейтральных мезонов, где вместо странного есть, например, c-кварк (переходы D⁰– D—⁰ ) или b-кварк (переходы B⁰– B—⁰). Вид осцилляций, их амплитуда и частота для разных семейств нейтральных мезонов отличаются, но сам механизм остается одним и тем же: в Слабом мире есть два состояния с близкими, но разными массами. В Сильном мире рождается их смесь, а интерференция их квантовых состояний приводит к тому, что процентное соотношение массовых состояний в смеси со временем меняется.

Бруно подумал, что аналогичное явление может происходить и в системе нейтрино-антинейтрино. Он предполагал, что нейтрино рождаются по слабому взаимодействию, но если есть еще некоторое сверхслабое взаимодействие, которое не сохраняет лептонные числа, то осцилляции нейтрино-антинейтрино вполне допустимы.

Бруно рассматривал явление осцилляций применительно к самым разным системам. В статье 1957 г. [105] он выбрал очень необычную систему – мюоний. Это экзотический атом, в котором электромагнитное взаимодействие удерживает электрон и положительно заряженный мюон. Бруно задался вопросом – может ли мюоний переходить в антимюоний?

Но в последнем абзаце статьи [105] речь заходит о нейтрино:

«Выше предполагалось, что имеет место закон сохранения нейтринного заряда, означающий, что нейтрино при рассеянии не может превращаться в любом приближении в антинейтрино. Этот закон еще не установлен: пока, по-видимому, установлено только, что нейтрино и антинейтрино не являются тождественными частицами. Если теория двухкомпонентного нейтрино оказалась бы несправедливой (что в настоящее время маловероятно) и если бы не имел место закон сохранения нейтринного заряда, то, в принципе, переходы нейтрино-антинейтрино в вакууме возможны».

Итак, отметим, что Бруно говорил о реализации единственной известной в то время возможности – перехода нейтрино в антинейтрино. Что же было известно про свойства нейтрино в середине 50-х годов?

Тогда безраздельно доминировала теория двухкомпонентного нейтрино. Она была предложена четырьмя Нобелевскими лауреатами – Л. Ландау, А. Саламом, Т. Д. Ли и Ч. Янгом. Это красивое построение предполагало, что нейтрино – безмассовая частица. Если масса частицы строго равна нулю, то для нее проекция спина на направление импульса, которое называется спиральностью, – хорошее квантовое число, сохраняющееся во всех взаимодействиях. У нейтрино проекция спина на направление импульса – отрицательная, а у антинейтрино – положительная. Частицы с положительной спиральностью (антинейтрино) называются правыми, с отрицательной спиральностью (нейтрино) – левыми (Рис. 34-3). Причем в слабых взаимодействиях участвуют левые фермионы и правые антифермионы.

Предполагалось, что нейтрино подчиняется теории Дирака, которая описывает частицы и античастицы, образующие четырехкомпонентный спинор. У каждого фермиона есть свой антифермион с одинаковой массой и по два состояния левой и правой спиральности. Схематично это показано на Рис. 34-4 а. Например, электрон существует в четырех ипостасях: левый и правый электрон плюс левый и правый позитрон. Однако, если у частицы нет массы, то остаются только два состояния, для безмассового нейтрино это левое нейтрино ν_L и правое антинейтрино ν—_R. На этом языке предложение Бруно о переходе реакторного антинейтрино в нейтрино означало бы переход правого антинейтрино в левое нейтрино что невозможно в силу сохранения спиральности для безмассовых частиц.

Рис. 34-3. Нейтрино и антинейтрино в теории двухкомпонентного нейтрино.

Однако важно отметить, что Бруно никогда и не делал этого утверждения, которое ему впоследствии много раз ошибочно приписывали. В статье [105] никаких формул нет, а что конкретно имел в виду Бруно под переходами нейтрино-антинейтрино, проясняется в его следующей работе [106], написанной в 1958 г. Там Бруно предлагает следующее:

«Недавно рассматривался вопрос о том, есть ли еще какие-либо смешанные нейтральные частицы, кроме К⁰-мезонов, то есть частицы, отличающиеся от античастиц, у которых переходы между частицей и античастицей не являются полностью запрещенными. Было отмечено, что такими смешанными частицами могут быть нейтрино, и, соответственно, могут быть реальные переходы нейтрино-антинейтрино в вакууме, если лептонный заряд не сохраняется. Это означает, что нейтрино и антинейтрино – смешанные частицы, то есть симметричная и антисимметричная комбинация двух истинно нейтральных майорановских частиц ν₁ и ν₂ с разной СР-четностью».

Что такое майорановские частицы? В 1937 г. Этторе Майорана, который так же как и Бруно работал в группе Ферми, написал историческую статью о том, что могут существовать фермионы, у которых частица совпадает с собственной античастицей.

Рис. 34-4. Дираковские (а) и майорановские (б) фермионы.

Обычный электрон с отрицательным зарядом не может быть идентичен своей античастице – позитрону, у которого положительный электрический заряд. Поэтому заряженные фермионы подчиняются теории Дирака и существуют в четырех состояниях. Однако для нейтрино, у которого нет электрического заряда, не исключена возможность, что оно совпадает со своей античастицей. Тогда нейтрино можно описать только двумя состояниями с различными спиральностями – левой и правой (см. Рис. 34-4 б).

Эта более экономная теория очень нравилась Бруно. Его объяснение «неправильного» опыта Дэвиса сводится к осцилляциям правого антинейтрино в правое нейтрино:

ν—_R → ν_R (29)

Причем «истинными» нейтрино – частицами c определенной массой, как четко указано в статье Понтекорво, являются майорановские частицы ν₁ и ν₂. Симметричная и антисимметричная комбинация этих частиц дают флейворные нейтрино ν и антинейтрино ν—, которые участвуют в слабых взаимодействиях. Например, испускаются в процессах бета-распада или распадах мезонов. Связь между ними полностью аналогична соотношениям (25), которые связывают «истинные» частицы K₁⁰ и K₂⁰ с их комбинациями K⁰ и K—⁰. Наглядно это сходство можно показать в Таблице 34-1.

Таблица 34-1. Сравнение структуры К-мезонов и нейтрино.

Таким образом, подобно тому, как K⁰ переходит K—⁰, так и нейтрино может переходить в антинейтрино и обратно.