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

Готовы отправиться в фантастическое космическое путешествие?

Наука и жизнь
Маргарита без Мастера: 10 фильмов и сериалов с Юлией Снигирь Маргарита без Мастера: 10 фильмов и сериалов с Юлией Снигирь

Вспомним десять проектов с Юлией Снигирь, которые стоит посмотреть

Правила жизни
Обжигаемый Солнцем: экскурсия на Меркурий Обжигаемый Солнцем: экскурсия на Меркурий

Какие же тайны и интересные особенности скрывает Меркурий?

Наука и жизнь
Я — сноб: художник Егор Кошелев Я — сноб: художник Егор Кошелев

Художник Егор Кошелев — об опасности снобизма в искусстве

СНОБ
Партизаны подлинные и мнимые Партизаны подлинные и мнимые

Каким было партизанское движение во время Второй мировой войны?

Дилетант
Гипохолестериновая диета: что можно есть при повышенном холестерине Гипохолестериновая диета: что можно есть при повышенном холестерине

Разбираемся в диете, которую назначают при повышенном уровне холестерина

РБК
Звёздная пыль Звёздная пыль

Пыль в космосе представляет собой очень эффектное зрелище

Наука и техника
Как добавить поддержку беспроводной зарядки любому смартфону Как добавить поддержку беспроводной зарядки любому смартфону

Как настроить функцию беспроводной зарядки в любом телефоне?

ТехИнсайдер
Просто космос Просто космос

Большинству Антарктида представляется такой же далекой и неуютной, как космос

Вокруг света
«Свое перемещение на Запад он никогда не называл эмиграцией — для него это было изгнание» «Свое перемещение на Запад он никогда не называл эмиграцией — для него это было изгнание»

Как Александр Солженицын относился к эмиграции и почему вернулся победителем

Weekend
Как выбрать беспроводные наушники: главные характеристики Как выбрать беспроводные наушники: главные характеристики

Как выбрать качественные беспроводные наушники и уложиться в бюджет?

ТехИнсайдер
Любите друг друга Любите друг друга

Анна Меликян — о том, что роли никогда не приходят случайно

OK!
Буллинг не пройдет! Буллинг не пройдет!

Какие бывают виды травли и почему некоторым так нравится издеваться над другими

Лиза
Зачем детей отправляли по почте и за что однажды казнили свинью: самые невероятные факты, которые вскружат вам голову Зачем детей отправляли по почте и за что однажды казнили свинью: самые невероятные факты, которые вскружат вам голову

Читайте нашу подборку с интереснейшими фактами!

ТехИнсайдер
От величайших героев до детей миллениалов: что такое теория поколений От величайших героев до детей миллениалов: что такое теория поколений

Какие поколения остались в далеком прошлом и что нас всех ждет в будущем

ТехИнсайдер
Современная космология – точная наука Современная космология – точная наука

Космологии многое предстоит сделать в будущем, но серьезный фундамент уже создан

Знание – сила
5 фраз, которые выдают в вас человека с детскими травмами 5 фраз, которые выдают в вас человека с детскими травмами

Используете ли вы словосочетания, по которым можно выявить травмы?

Psychologies
Спасение для сладкоежек: чем можно заменить сахар без вреда здоровью Спасение для сладкоежек: чем можно заменить сахар без вреда здоровью

Все знают, что сахар — зло, но как удовлетворить свою потребность в десертах?

ТехИнсайдер
Белла из ведьминого вяза: самое загадочное английское убийство, которое не смогли раскрыть лучшие сыщики королевства Белла из ведьминого вяза: самое загадочное английское убийство, которое не смогли раскрыть лучшие сыщики королевства

Рассказываем леденящую историю убийства в Бирмингеме в середине XX века

VOICE
10 признаков, что ты ешь недостаточно белка 10 признаков, что ты ешь недостаточно белка

Проверь, достаточно ли ты употребляешь белка

VOICE
Мусорные острова: почему нельзя просто так взять и убрать пластик из океана? Мусорные острова: почему нельзя просто так взять и убрать пластик из океана?

Даже если человечество остепенится, избавиться от мусора будет уже невозможно

ТехИнсайдер
Не только Белка и Стрелка: 5 историй животных, которые побывали в космосе Не только Белка и Стрелка: 5 историй животных, которые побывали в космосе

В эпоху активного освоения космоса на орбиту Земли отправились не только люди

ТехИнсайдер
Курорт, каток и студия для комиков: как используются олимпийские объекты Сочи-2014 Курорт, каток и студия для комиков: как используются олимпийские объекты Сочи-2014

Что сейчас происходит с олимпийскими объектами в Сочи?

Forbes
Сбросить кредитные кандалы Сбросить кредитные кандалы

Почему мы готовы вновь и вновь выплачивать высокие проценты по займам?

Psychologies
Чертоги разума: почему вредно знать слишком много и как правильно запоминать информацию Чертоги разума: почему вредно знать слишком много и как правильно запоминать информацию

Оказывается, для эффективной работы мозга необходимо уметь забывать

Psychologies
Антон Андрейчиков: «Мы развиваем не только ребенка, но и его родителей» Антон Андрейчиков: «Мы развиваем не только ребенка, но и его родителей»

История создания студии Platoshka из уст одного из ее основателей

Монокль
«Человек старый, разбитый, больной и медлительный» «Человек старый, разбитый, больной и медлительный»

Характеристика на первого председателя ЦИК СССР Наримана Нариманова

Дилетант
Перед употреблением сварить: 6 продуктов, которые становятся полезнее после термической обработки Перед употреблением сварить: 6 продуктов, которые становятся полезнее после термической обработки

Какие продукты в приготовленном виде еще более полезны для нашего здоровья

ТехИнсайдер
5 главных признаков того, что мужчина вам изменяет 5 главных признаков того, что мужчина вам изменяет

Лучше держать в голове основные признаки поведения, которые указывают на измену

Psychologies
Ты точно его слушаешь: Кто такой MACAN? Ты точно его слушаешь: Кто такой MACAN?

Чем MACAN так нас всех зацепил?

ЖАРА Magazine
Открыть в приложении