За два года до революционного совместного проекта с Ли, положившего конец священной лево-правой симметрии природы, Янг сосредоточил свои усилия на попытке разобраться в том, как другой тип симметрии, позаимствованный из квантовой электродинамики, может обнажить скрытую внутри ядра красоту. Возможно, как обнаружил Галилей в отношении основ движения, очевиднейшие вещи, наблюдаемые в природе, – это как раз те, которые наиболее эффективно маскируют ее фундаментальные свойства.
Постепенно – не только за счет прогресса в исследовании нейтронного распада и других слабых эффектов в атомных ядрах, но и из наблюдения сильных ядерных столкновений – становилось ясно: когда в дело вступает фундаментальная физика, определяющая ядерные явления, очевидное различие между протонами и нейтронами (протон заряжен, а нейтрон нейтрален) может оказаться несущественным. Как минимум в том же смысле, как несущественна очевидная разница между падающим пером и падающим камнем для нашего понимания физики тяготения и падающих объектов.
Во-первых, слабое взаимодействие умеет превращать протоны в нейтроны. Еще важнее, что если сравнить скорости других, более сильных ядерных реакций, в которых сталкиваются протоны или нейтроны, то замена протонов нейтронами и наоборот слабо влияет на результат.
В 1932 г., когда был открыт нейтрон, Гейзенберг высказал предположение о том, что протон и нейтрон могут оказаться всего лишь двумя состояниями одной и той же частицы, и придумал для их различения параметр, который назвал изотопическим спином. В конце концов, массы у них почти одинаковы, а в легких стабильных ядрах их содержится равное количество. Вслед за этим и после того, как известные физики-ядерщики Бенедикт Кассен, Эдвард Кондон, Грегори Брейт и Юджин Финберг признали, что ядерные реакции, по-видимому, практически не различают протоны и нейтроны, блестящий математический физик Юджин Вигнер предположил, что в ядерных реакциях «сохраняется» изотопический спин. Подразумевалось, что это фундаментальная симметрия, управляющая ядерными силами между протонами и нейтронами. (Ранее Вигнер разработал правила, демонстрирующие, как симметрии в атомных системах в конечном итоге допускают полную классификацию атомных состояний и переходов между ними, за что впоследствии был удостоен Нобелевской премии.)
Ранее, при обсуждении электромагнетизма, я отметил, что суммарный электрический заряд не меняется в ходе электромагнитного взаимодействия – то есть электрический заряд сохраняется – благодаря фундаментальной симметрии между положительным и отрицательным зарядами. Фундаментальная связь между законами сохранения и симметриями намного шире и глубже этого единственного примера. Глубокие и неожиданные отношения между законами сохранения и симметриями в природе стали важнейшим ведущим принципом физики XX века.