Один из величайших прорывов в физике прошлого столетия

Наука и жизньИстория

Три мастера и три кварка

Алексей Левин

Три кварка для мастера Марка.
Джеймс Джойс. Поминки по Финнегану.

Одновременные открытия случаются в науке не так уж редко. Обычно у них только два автора, индивидуальных или коллективных. Но бывают и тройные открытия. Один из величайших прорывов в физике прошлого столетия — создание кварковой модели адронов — случился благодаря одновременным и независимым озарениям трёх незнакомых с друг другом учёных, родившихся в США, СССР и Швейцарии. Первый сейчас знаменит на весь мир, второй менее известен, а участие треть- его вообще утонуло в пропасти забвенья. Вспомним о них с должным пиететом.

Светоч теоретической физики прошлого века Марри Гелл-Ман осчастливил мир своим рождением в Нью-Йорке 15 сентября 1929 года. Он был младшим сыном еврейских иммигрантов, перебравшихся в США из Австро-Венгрии. В восемь лет он поступил в хорошую частную школу с более чем полуторавековой историей, где его быстро оценили и позволили перескочить через два учебных года. Там Марри слыл ходячей энциклопедией. Он любил и знал историю, археологию, лингвистику, ботанику, зоологию, музыку и, естественно, математику. В детстве увлёкся орнитологией и сохранил эту страсть в зрелые годы.

Марри в 14 лет со множеством отличий окончил школу, а в 18 лет — Йельский университет. Известный физик-теоретик, профессор Массачусетского технологического института (МТИ) Виктор Вайскопф предложил ему место ассистента и возможность работать над докторской диссертацией по ядерной физике. Защитившись в начале 1951 года, Гелл-Ман следующий год провёл стажёром в Принстоне у Роберта Оппенгеймера, где делил кабинет с тридцатилетним теоретиком Фрэнсисом Лоу. Гелл-Ман и Лоу совместно опубликовали статью по квантовой теории поля, которая тогда выглядела не слишком значительной, но к настоящему времени процитирована свыше 1600 раз.

В начале 1952 года Энрико Ферми дал Гелл-Ману место преподавателя в Институте ядерных исследований Чикагского университета, где сам был директором. Гелл-Ман прекрасно понимал, что такой шанс нельзя упускать, и работал не покладая рук. Летом 1953 года он выполнил новое совместное исследование с Фрэнсисом Лоу1 (через много лет лауреат Нобелевской премии по физике Стивен Вайнберг назовёт эту публикацию одной из самых важных в квантовой теории поля). Соавторы занялись постоянной тонкой структуры, которая определяет силу электромагнитного взаимодействия. Гелл-Ман и Лоу показали, что для применения квантовой электродинамики на предельно малых дистанциях надо учитывать зависимость этой величины от энергии и расстояния — то есть превратить её из универсальной константы в переменный параметр. Для доказательства они воспользовались математическим методом ренормализационной группы, который позволяет изучать поведение физических систем на разных пространственных масштабах. Такой подход к решению проблем теоретической физики в то время был очень новым, его основы в 1953 году заложили швейцарские физики Эрнст Штюкельберг и его аспирант Андреас Петерман. Гелл-Ман и Лоу первыми использовали этот математический аппарат в квантовой электродинамике. Они предсказали увеличение параметра тонкой структуры по мере роста энергии. Экспериментально это было подтверждено в ЦЕРН на Большом электронно-позитронном коллайдере уже в 1990-е годы.

1. Gell-Mann M., Low F. E. Quantum Electrodynamics at Small Distances. Physical Review, 95, 1300 (1954).

В Чикаго Гелл-Ман выполнил и другие исследования, которые сильно укрепили его репутацию. В 1955 году он получил постоянную должность в Калифорнийском технологическом институте (Калтехе). Два года спустя он стал там полным профессором и проработал без малого 40 лет, получив в 1969 году Нобелевскую премию. Он опубликовал, один или в соавторстве, три книги и почти полтораста статей, из которых не менее десятка признаны классическими.

Почти за три года до создания теории кварков, в 1961 году, Гелл-Ман стал одним из авторов принципиально новой классификации барионов и мезонов (адронов). Такую же классификацию одновременно с ним создал работавший в Лондоне израильский физик Юваль Неэман.

Марри (Мюррей) Гелл-Ман. Иcточник: Smith C. L. Eur. Phys. J. H (2023) 48:13/CC BY 4.0

Оказалось, что адроны можно систематизировать, если приписать каждой частице пару квантовых чисел: гиперзаряд и изотопический спин. Тогда, используя математический аппарат теории групп, а именно непрерывную группу, известную как SU(3), адроны удаётся разбить на два октета — семейства по восемь частиц. Один октет объединил самые лёгкие барионы, включая протон и нейтрон, а другой — наилегчайшие мезоны. В графическом представлении это выглядело как два типа частиц в центре и шесть в вершинах правильного шестиугольника. Причём частицы из разных октетов (восьмёрок), стоящие на одинаковых позициях, обладают рядом общих свойств. Это делает систему похожей на периодическую таблицу Менделеева и позволяет, как и она, предсказывать ещё не открытые частицы.

Гелл-Ман назвал эту схему восьмеричным путём, по ассоциации с одним из понятий буддизма. При этом восьмая частица мезонного октета, эта-мезон, была детектирована уже после того, как Гелл-Ман и Неэман выступили со своими публикациями. Так что она была открыта на кончике пера, как некогда планета Нептун. Летом 1962 года Гелл-Ман и Неэман на конференции в ЦЕРН одновременно предсказали существование массивного бариона, не входящего в первоначальный октет. Гелл-Ман предложил для него ныне общепринятое имя омега-минусгиперон.

Гелл-Ман использовал симметрию группы SU(3) и в своей основополагающей статье о кварках2. Он рассмотрел структуру с минимальной размерностью — трёхмерную. Этому представлению тоже соответствовали комплекты частиц — но уже не восьмёрки, а тройки. В результате ГеллМан предсказал существование триплета фермионов с дробными электрическими зарядами, которые он обозначил индексами

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Обитатели пояса Койпера Обитатели пояса Койпера

Какие ещё небесные тела оказались в далёком поясе Койпера?

Наука и жизнь
Фото на документы Фото на документы

Медведь за рулем автомобиля и другие интересные фотоснимки из прошлого

Автопилот
Плутон. В долине гранатовых «льдов» Плутон. В долине гранатовых «льдов»

Что могли бы увидеть земляне, оказавшись посреди гладких льдов Плутона?

Наука и жизнь
Гостиничный бум в режиме «подвиг» Гостиничный бум в режиме «подвиг»

В России планируется кардинальным образом изменить индустрию гостеприимства

Монокль
Эйнштейн Эйнштейн

Его жизнь и его Вселенная

kiozk originals
Трудный зимний «хлеб» Трудный зимний «хлеб»

«Крадусь, следуя цепочкам следов диких коз...»

Наука и жизнь
Андрей и Люся Андрей и Люся

С 1971 года жизненные пути Елены Боннэр и Андрея Сахарова «слились»

Дилетант
«Болезнь медового месяца»: что такое посткоитальный цистит и как его распознать и вылечить «Болезнь медового месяца»: что такое посткоитальный цистит и как его распознать и вылечить

Почему возникает посткоитальный цистит?

VOICE
Чудесные миры Чудесные миры

Фрагменты из романа немецкого писателя-фантаста Фридриха Мадера

Наука и жизнь
Управление гневом Управление гневом

Как экологично выражать злость и недовольство?

Лиза
Ценный металл Ценный металл

Как зарождался и формировался автомобильный рынок России после распада СССР

Men Today
Тело говорит: откуда берутся психосоматические заболевания Тело говорит: откуда берутся психосоматические заболевания

Какой беспорядок способна создать психологическая травма в теле человека?

Forbes
Декрет для отцов: как воспитывают детей скандинавские мужчины Декрет для отцов: как воспитывают детей скандинавские мужчины

Личные истории скандинавских отцов и их детей в книге Nordic Dads

Psychologies
Полезно ли есть гранолу Полезно ли есть гранолу

В граноле много полезного, но стоит ли часто её есть?

ТехИнсайдер
«От Энигмы до ChatGPT»: почему люди до сих пор боятся искусственного интеллекта «От Энигмы до ChatGPT»: почему люди до сих пор боятся искусственного интеллекта

Как относиться к искусственному разуму? Ищем ответ в «От "Энигмы" до ChatGPT»

ТехИнсайдер
Фантазии Молчанова Фантазии Молчанова

Какими могли быть советские автомобили

Автопилот
«Дом опустел, а я не заметила»: история о том, как умирала моя хрущевка «Дом опустел, а я не заметила»: история о том, как умирала моя хрущевка

Как ощущается прощание с домом? И почему дом — это не просто стены и крыша?

Psychologies
С приставкой E: как развиваются онлайн-сервисы такси, доставки и бронирования в России С приставкой E: как развиваются онлайн-сервисы такси, доставки и бронирования в России

Условный таймлайн развития сервисов такси, доставки и бронирования в России

Правила жизни
Потерю хвоста у предка человекообразных обезьян связали с мобильным генетическим элементом Потерю хвоста у предка человекообразных обезьян связали с мобильным генетическим элементом

Генетический механизм, вероятно, приведший к потере хвоста у предка человека

N+1
Астрономы нашли воду на поверхности астероидов Астрономы нашли воду на поверхности астероидов

Вероятно, большую часть воды занесли на Землю кометы и астероиды

ТехИнсайдер
Если не хочется работать: что делать в таком случае, рассказывает психолог Если не хочется работать: что делать в таком случае, рассказывает психолог

Когда мы слышим «не хочу работать вообще никогда», то сразу начинаем обвинять

Psychologies
Антистресс в офисе: как работодатели берегут психику своих сотрудников Антистресс в офисе: как работодатели берегут психику своих сотрудников

Как компании помогают своим сотрудникам справляться с негативными эмоциями?

Inc.
Яркие миры Яркие миры

Разноцветные животные планеты

Вокруг света
Сердечный кашель. Чем отличается от обычного и как его лечить Сердечный кашель. Чем отличается от обычного и как его лечить

Длительный кашель – одна из серьезных проблем со здоровьем

Лиза
Лянка Грыу: «Важные решения нужно принимать, когда радость от нового шага больше страха перемен» Лянка Грыу: «Важные решения нужно принимать, когда радость от нового шага больше страха перемен»

Лянка Грыу — о пережитой депрессии, медитативной роли уборки и новой любви

Здоровье
Как отказаться от диеты и сохранить фигуру? Узнайте простой совет экспертов! Как отказаться от диеты и сохранить фигуру? Узнайте простой совет экспертов!

Вот почему отказ от диеты не так уж и плох

ТехИнсайдер
Новая стратегия против атаки клонов Новая стратегия против атаки клонов

При всех успехах медицины аутоиммунные заболевания пока не поддаются терапии

Монокль
5 простых тренировок для поддержания здоровья 5 простых тренировок для поддержания здоровья

Пять активностей, которые приносят пользу физическому и психическому здоровью

Psychologies
Зачем пиджаку лишние пуговицы, если застегивать можно только на одну? Кто придумал это правило? Зачем пиджаку лишние пуговицы, если застегивать можно только на одну? Кто придумал это правило?

Кто придумал правила застегивания пиджака, которое заставляет мужчин краснеть?

ТехИнсайдер
Все ходы записаны: почему в соцсетях набирает популярность трекинг гардероба и какую пользу вам принесет новый тренд Все ходы записаны: почему в соцсетях набирает популярность трекинг гардероба и какую пользу вам принесет новый тренд

В чем суть трекинга гардероба и почему именно сейчас это популярно

Правила жизни
Открыть в приложении