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

Разорвавшие шаблон Разорвавшие шаблон

Идеи этих ученых настолько опережали эпоху, что современники считали их чушью

Вокруг света
Для тех, кому некогда худеть Для тех, кому некогда худеть

Нет времени на диету? Тогда просто скорректируйте питание, уменьшив калорийность

Лиза
Обитатели пояса Койпера Обитатели пояса Койпера

Какие ещё небесные тела оказались в далёком поясе Койпера?

Наука и жизнь
«В церкви Божией разгласия» «В церкви Божией разгласия»

Почему и как образовались сразу две «параллельные» русские митрополии?

Дилетант
Канкрины Канкрины

Немецкий род Канкриных обосновался в России лишь в конце XVIII века

Дилетант
Что происходит с китайскими электрокарами после ДТП. Лайфхак от экспертов Что происходит с китайскими электрокарами после ДТП. Лайфхак от экспертов

При авариях китайские электрокары отключаются, как их чинить?

РБК
«Друг Отто» «Друг Отто»

«Русский вопрос» с точки зрения Бисмарка

Дилетант
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
Жизнь в серебре Жизнь в серебре

Чем живет город Гуанахуато, обеспечивший современный миропорядок?

Вокруг света
Удивительные путешествия обыкновенной кукушки Удивительные путешествия обыкновенной кукушки

Долгое время о путях миграции обыкновенной кукушки известно было очень мало...

Наука и жизнь
Долететь до горизонта Долететь до горизонта

Иногда кажется, будто быстроходные яхты летят между поверхностью воды и небом

Y Magazine
Все Пресли только о любви Все Пресли только о любви

«Присцилла: Элвис и я»: София Коппола экранизирует мемуары Присциллы Пресли

Weekend
Первый внедорожник от Porsche Первый внедорожник от Porsche

Porsche 597 мог плавать и преодолевать подъёмы, благодаря «ползучей» передаче

4x4 Club
Режиссер Шон Дуркин рассказал о своем новом фильме «Стальная хватка» — истории пути семьи великих чемпионов Режиссер Шон Дуркин рассказал о своем новом фильме «Стальная хватка» — истории пути семьи великих чемпионов

Их жизнь — изнурительные тренировки перед грядущим сражением

Maxim
Команда AUDI всё-таки победила на «Дакаре». Почему это важно? Команда AUDI всё-таки победила на «Дакаре». Почему это важно?

По мнению AUDI, будущее внедорожников – за электричеством

4x4 Club
Перинатальную депрессию связали с повышенным риском смерти Перинатальную депрессию связали с повышенным риском смерти

Перинатальная депрессия может серьезно угрожать жизни женщины

N+1
Узнайте, как лучше всего чистить смартфон! Простые советы и интересные факты Узнайте, как лучше всего чистить смартфон! Простые советы и интересные факты

Почему стоит чистить телефон?

ТехИнсайдер
Как правильно организовать зону кухонной мойки, чтобы всё было под рукой Как правильно организовать зону кухонной мойки, чтобы всё было под рукой

Эксперты рассказали, каким должно быть рабочее пространство возле мойки

VOICE
Переселение устойчивых к грибку особей спасло два вида желтоногих лягушек из Калифорнии Переселение устойчивых к грибку особей спасло два вида желтоногих лягушек из Калифорнии

Реинтродуцированные популяции желтоногих лягушек просуществуют не менее 50 лет

N+1
Тест-драйв Jaecoo J7: за что можно полюбить новинку китайского бренда Тест-драйв Jaecoo J7: за что можно полюбить новинку китайского бренда

Разбираемся во всех нюансах нового большого кроссовера от Jaecoo

Правила жизни
В Венгрии нашли пять пострадавших от туберкулеза сарматов В Венгрии нашли пять пострадавших от туберкулеза сарматов

Палеопатологи исследовали останки людей из сарматских памятников,

N+1
Китайский человекоподобный робот Kepler Forerunner получил манипуляторы с 12 степенями свободы Китайский человекоподобный робот Kepler Forerunner получил манипуляторы с 12 степенями свободы

Китайская компания представила гуманоидного робота Kepler Forerunner

N+1
Оказалось, что мегалодоны были еще длиннее, чем предполагали ученые Оказалось, что мегалодоны были еще длиннее, чем предполагали ученые

Ученые думают, что мегалодон был длиннее и стройнее, чем мы думали

ТехИнсайдер
Попала в ДТП Попала в ДТП

Что делать, если в ДТП виновата ты

Лиза
Интересный факт! Вот почему прогресс не сделал людей счастливее: мнение эксперта Интересный факт! Вот почему прогресс не сделал людей счастливее: мнение эксперта

Почему, несмотря на позитивные изменения в мире, люди чувствуют себя подавленно?

ТехИнсайдер
Кустарниковых свиней завезли на Мадагаскар бантуговорящие переселенцы из Африки Кустарниковых свиней завезли на Мадагаскар бантуговорящие переселенцы из Африки

Кустарниковые свиньи попали на Мадагаскар благодаря бантуговорящим переселенцам

N+1
7 устаревших правил свиданий для женщин 7 устаревших правил свиданий для женщин

Неужели женщинам нужно искусственно пробуждать интерес мужчин на свиданиях?

Psychologies
Сложный мир разработки компьютерных игр: 5 книг для тех, кто хочет разобраться в геймдеве Сложный мир разработки компьютерных игр: 5 книг для тех, кто хочет разобраться в геймдеве

Пять книг, которые помогут сориентироваться в мире разработки игр

ТехИнсайдер
Месть матери: громкое дело Марианне Бахмайер, отомстившей убийце своего ребенка прямо в зале суда Месть матери: громкое дело Марианне Бахмайер, отомстившей убийце своего ребенка прямо в зале суда

Марианне Бахмайер застрелила в прямо в зале суда соседа, и это была месть

VOICE
Двойственное восприятие литовцев в Северо-Восточной Руси XV века в контексте «Сказания о нашествии Едигея» Двойственное восприятие литовцев в Северо-Восточной Руси XV века в контексте «Сказания о нашествии Едигея»

Образ Великого княжества Литовского и двойственность его восприятия народом Руси

Знание – сила
Открыть в приложении