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

Как вирус Эпштейна — Барр сближает гены Как вирус Эпштейна — Барр сближает гены

Как инфекция EBV приводит к возникновению лимфом у людей без снижения иммунитета

Наука и жизнь
Технологический расчет: почему ИИ и электромобили пока не спасают экономику Китая Технологический расчет: почему ИИ и электромобили пока не спасают экономику Китая

Экономика Китая выросла на 5,2 %. По высоким китайским стандартам рост слабый

Forbes
Обитатели пояса Койпера Обитатели пояса Койпера

Какие ещё небесные тела оказались в далёком поясе Койпера?

Наука и жизнь
Как расположить к себе людей без хитростей и манипуляций: 10 секретов Как расположить к себе людей без хитростей и манипуляций: 10 секретов

Наше мышление проделывает удивительные трюки. Присмотритесь — и начнете замечать

Psychologies
Белых пятен больше нет Белых пятен больше нет

Десять удивительных географических объектов, открытых в XX и XXI веке

Вокруг света
5 лайфхаков, которые продлят жизнь вашей собаки 5 лайфхаков, которые продлят жизнь вашей собаки

Правильный образ жизни поможет продлить жизнь вашего питомца

Psychologies
Воззвание Минина Воззвание Минина

Картина Константина Маковского, изображавшая воззвание Минина

Дилетант
Дмитрий Харатьян: «Я такой, какой есть, просто живу и радуюсь» Дмитрий Харатьян: «Я такой, какой есть, просто живу и радуюсь»

«Как актер в кино и театре я всегда создаю образ другого человека, персонажа»

Караван историй
Стойкие ровесники Стойкие ровесники

Эти конструкции были построены в 1861 году и сохранились до наших дней

Вокруг света
Семена раздора Семена раздора

Наибольший объем квот на импорт семян получили никому не известные компании

Монокль
Почему у здоровых людей возникают отеки — и как быстро привести себя в порядок Почему у здоровых людей возникают отеки — и как быстро привести себя в порядок

По какой причине отеки появляются даже в том случае, если ты ничем не болеешь

VOICE
Лжец со стрелкой: 5 необычных фактов об обычном спидометре Лжец со стрелкой: 5 необычных фактов об обычном спидометре

Несколько удивительных фактов о спидометре в вашем автомобиле

ТехИнсайдер
Чем закусывать напитки из «Москвы — Петушков»: советы сомелье Чем закусывать напитки из «Москвы — Петушков»: советы сомелье

Гастрономические пары к напиткам из поэмы Венедикта Ерофеева

СНОБ
Сантьяго, до востребования Сантьяго, до востребования

Как чилийские режиссеры снимали родину за границей и пережили диктатуру

Weekend
Шампанское, бароло и пино-нуар: каким вином запивать трюфели Шампанское, бароло и пино-нуар: каким вином запивать трюфели

Как правильно подобрать вина под черные, белые и летние трюфели.

СНОБ
Тело на шотландском пляже: пугающая история шведки Анни Боржессон, гибель которой запретили расследовать Тело на шотландском пляже: пугающая история шведки Анни Боржессон, гибель которой запретили расследовать

История этой женщины могла бы стать сюжетом для скандинавского детектива

VOICE
Шитье и немцы Шитье и немцы

«The New Look»: Шанель против Диора

Weekend
Родительская забота песочных ос не ограничилась кормлением Родительская забота песочных ос не ограничилась кормлением

Потомство ос, оставленное с едой, но без взрослых, погибало чаще

N+1
Призраки в мешке Призраки в мешке

«Нечисть»: крепкий подвальный хоррор на основе успешной короткометражки

Weekend
Буллинг не пройдет! Буллинг не пройдет!

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

Лиза
Преодолеть трудности Преодолеть трудности

Разбор 4 конфликтов, из которых мы можем извлечь полезные выводы для себя

Psychologies
Сказке конец Сказке конец

Как порой из-за одной нелепой мелочи рушатся крепкие отношения с близкими людьми

Лиза
Стакан воды, в котором ты утонешь: почему нельзя опекать своих родителей Стакан воды, в котором ты утонешь: почему нельзя опекать своих родителей

Почему опека над близкими способна разрушить жизнь взрослой современной женщины?

VOICE
Не такой простой как кажется: вы представить себе не могли, как грифель попадает в карандаш Не такой простой как кажется: вы представить себе не могли, как грифель попадает в карандаш

Спасибо овцам, которые упростили нашу жизнь и подарили нам первые карандаши

ТехИнсайдер
2 причины бросить все и прямо сейчас посмотреть фото котиков 2 причины бросить все и прямо сейчас посмотреть фото котиков

Почему для психического здоровья важно смотреть на котиков в Интернете?

Psychologies
Подробная инструкция для хозяек: как почистить индукционную варочную панель разными способами Подробная инструкция для хозяек: как почистить индукционную варочную панель разными способами

Как правильно мыть индукционную плиту, чтобы её не повредить?

ТехИнсайдер
Как зарабатывать большие деньги без стресса и усталости: простая и быстрая техника Как зарабатывать большие деньги без стресса и усталости: простая и быстрая техника

Чтобы заработать миллионы, найдите свою страсть и посвятите жизнь её реализации

Psychologies
Мерцание светодиодных ламп: вредно ли и как его проверить? Мерцание светодиодных ламп: вредно ли и как его проверить?

Как понять, мерцают ли лампы в световых приборах?

CHIP
Робот двигается по артериям и прокалывает бляшки, спасая от инсульта Робот двигается по артериям и прокалывает бляшки, спасая от инсульта

Робот, который может быть использован для лечения людей после инсульта

ТехИнсайдер
Утром двери, вечером стулья Утром двери, вечером стулья

У Вадима Груничева под одной крышей живут две противоположные модели бизнеса

Монокль
Открыть в приложении