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
Все тексты только о любви: 7 книг и взглядов на тему Все тексты только о любви: 7 книг и взглядов на тему

Рассматривает любовь в литературе через призму веков и подходов

РБК
Обитатели пояса Койпера Обитатели пояса Койпера

Какие ещё небесные тела оказались в далёком поясе Койпера?

Наука и жизнь
Лучшие маслкары: фото и характеристики машин Лучшие маслкары: фото и характеристики машин

Какие автомобили называли маслкарами, выпускают ли их сейчас

РБК
Неприкосновенный запас Неприкосновенный запас

История тушенки и сгущенки насчитывает чуть более двух веков

Вокруг света
Еще не все пропало! Еще не все пропало!

Что делать, если потеряла телефон: защищаем данные, восстанавливаем контакты

Лиза
«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
Северные плавуны освоили мелководье и научили этому других Северные плавуны освоили мелководье и научили этому других

Освоение северными плавунами мелководья может быть культурной традицией

N+1
Будущее пятого поколения Будущее пятого поколения

Время 4G на исходе. 5G серьезно изменит нашу жизнь

Популярная механика
Кундалини-йога приносит уникальную пользу мозгу Кундалини-йога приносит уникальную пользу мозгу

12-недельный курс кундалини-йоги принес испытуемым ряд ощутимых преимуществ

ТехИнсайдер
Кровь, пот и слезы Кровь, пот и слезы

Рамиль Мехдиев о том, как он открыл для себя новую страницу

Men Today
Травы: добро и здоровье Травы: добро и здоровье

Русскую кухню невозможно представить без трав

Bones
«Это не эгоизм!»: 3 шага, чтобы начать заботиться о себе «Это не эгоизм!»: 3 шага, чтобы начать заботиться о себе

Именно забота о себе помогает выдерживать интенсивный ритм жизни

Psychologies
Анна Савранская: «Я стремлюсь к непредсказуемости» Анна Савранская: «Я стремлюсь к непредсказуемости»

Карьера молодой актрисы Анны Савранской только начинается, но с громкого проекта

VOICE
Как в магазине: 3 проблемы онлайн-знакомств Как в магазине: 3 проблемы онлайн-знакомств

Какие подводные камни скрывают онлайн-знакомства и как их избежать?

Psychologies
«Ренессанс политического ислама заканчивается» «Ренессанс политического ислама заканчивается»

Страны Ближнего Востока будут все больше осознавать свою субъектность

Монокль
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
«Центральная Азия: от века империй до наших дней» «Центральная Азия: от века империй до наших дней»

Колониальный порядок Российской империи в Туркестане

N+1
Говорить от своего имени: как японская придворная дама требовала гражданских прав Говорить от своего имени: как японская придворная дама требовала гражданских прав

О удивительной карьере Тосико Кисида, японской придворной дамы

Forbes
Почему родительская любовь связана с трудностями и как с ними справиться Почему родительская любовь связана с трудностями и как с ними справиться

Почему родительская любовь — одно из наиболее трудных и глубоких чувств в мире

РБК
Формулы красоты Формулы красоты

Книга природы написана языком математики

Вокруг света
Всеволожские шины обрусели Всеволожские шины обрусели

Как шинному предприятию удалось сохранить финские производственные процессы

Монокль
Бывший священник Сергий, школьница Баффи и братья Гримм. Мистические фильмы про охотников за нечистью Бывший священник Сергий, школьница Баффи и братья Гримм. Мистические фильмы про охотников за нечистью

Подборка самых известных охотников за темными силами из кино и сериалов

СНОБ
Чем полезен орех пекан: 4 свойства Чем полезен орех пекан: 4 свойства

Насколько пекан полезен и почему не стоит им увлекаться, выясняем у экспертов

РБК
Пранкер XX века! Узнайте интересные факты о Марселе Дюшане и его Пранкер XX века! Узнайте интересные факты о Марселе Дюшане и его

Зачем новатор и художник-концептуалист Марсель Дюшан сделал фонтан из писсуара

ТехИнсайдер
IPS или OLED: какая матрица экрана телефона лучше IPS или OLED: какая матрица экрана телефона лучше

Чем отличаются IPS и OLED матрицы?

ТехИнсайдер
Почему с горных вершин не спускают погибших там туристов Почему с горных вершин не спускают погибших там туристов

Трупы буквально усеивают Эверест, но никто не спешит их хоронить, почему?

Maxim
Не для слабонервных! Американец отрезал отцу голову и записал с ней видео на YouTube Не для слабонервных! Американец отрезал отцу голову и записал с ней видео на YouTube

Бывший служащий США записал шокирующее видео на YouTube

ТехИнсайдер
Театр хора и балета Театр хора и балета

Как последняя советская политэмигрантка превратила свой опыт в искусство

Weekend
«Театр уж полон, ложи блещут...» Традиции и правила для посетителей театра XIX века «Театр уж полон, ложи блещут...» Традиции и правила для посетителей театра XIX века

Сборы в театр — важная часть времяпрепровождения светского человека XIX века

Караван историй
Открыть в приложении