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
Зеркала на орбите Земли могут осветить солнечные электростанции после заката Зеркала на орбите Земли могут осветить солнечные электростанции после заката

Как орбитальные отражатели могут повысить производительность солнечных батарей

ТехИнсайдер
Цикличность большого взрыва Цикличность большого взрыва

Каков физический механизм Большого взрыва?

Наука и жизнь
Маленький пассажир большого корабля. Зачем в космос отправят первый в мире арт-объект в виде осьминога Маленький пассажир большого корабля. Зачем в космос отправят первый в мире арт-объект в виде осьминога

В чем смысл запуска предметов человеческого творчества за пределы Земли?

СНОБ
Наука побеждать Наука побеждать

По требованию Сталина сняли целый цикл картин про русских военачальников

Дилетант
Таинственный код: что такое почтовый индекс и зачем он нужен Таинственный код: что такое почтовый индекс и зачем он нужен

При отправлении письма нас просят указать шестизначный индекс — зачем?

ТехИнсайдер
Алгебра гармонии Алгебра гармонии

«Тайная вечеря» Дали — картина, построенная на пропорциях мировой гармонии

Вокруг света
Как сделать покрытие любой сковородки антипригарным: лайфхак, которым пользовались еще советские хозяйки Как сделать покрытие любой сковородки антипригарным: лайфхак, которым пользовались еще советские хозяйки

Есть несколько способов сделать любую сковороду антипригарной дома

ТехИнсайдер
Бескишечные морские черви, нефть, газ и жизнь на других планетах Бескишечные морские черви, нефть, газ и жизнь на других планетах

За чей счет существуют классические погонофоры?

Наука и жизнь
Двойные агенты, обманутые любовницы и страх: как ГДР стала шпионским центром Европы Двойные агенты, обманутые любовницы и страх: как ГДР стала шпионским центром Европы

Как деятельность шпионов влияла на повседневную жизнь в ГДР?

Forbes
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
5 лайфхаков, которые продлят жизнь вашей собаки 5 лайфхаков, которые продлят жизнь вашей собаки

Правильный образ жизни поможет продлить жизнь вашего питомца

Psychologies
Что смотреть вечером: 6 главных фильмов Вима Вендерса Что смотреть вечером: 6 главных фильмов Вима Вендерса

Фильмы Вима Вендерса, которые отлично подойдут для знакомства с его творчеством

Правила жизни
Брендинг и средства индивидуализации, или как сберечь уникальность бренда? Брендинг и средства индивидуализации, или как сберечь уникальность бренда?

Поговорим о средствах индивидуализации, товарных знаках и знаках обслуживания

Наука и техника
В чем разница между обаянием и харизмой. Отрывок из книги Вероники Хранеко, эксперта по публичным выступлениям В чем разница между обаянием и харизмой. Отрывок из книги Вероники Хранеко, эксперта по публичным выступлениям

Как грамотно донести мысль и повысить коммуникативные способности?

СНОБ
Как алкоголь влияет на человека: краткосрочные и долгосрочные последствия Как алкоголь влияет на человека: краткосрочные и долгосрочные последствия

Алкоголь: так ли безобиден этот социально-приемлемый наркотик?

Psychologies
Найти настоящего друга Найти настоящего друга

Какую дружбу мы считаем верной и что сделать, чтоб она у нас была?

Psychologies
Как стать счастливее? Совет эксперта: сделайте жизнь более креативной! Как стать счастливее? Совет эксперта: сделайте жизнь более креативной!

По-настоящему креативные люди делают творчество неотъемлемой частью жизни

ТехИнсайдер
Искусство против ИИ: как технологии помогают художникам защищать свои картины от обучения нейросетей без их согласия Искусство против ИИ: как технологии помогают художникам защищать свои картины от обучения нейросетей без их согласия

Как художники защищают свои картины от искусственного интеллекта?

Inc.
«Созвездие»: сай-фай-сериал о газлайтинге и отношениях матери с дочерью «Созвездие»: сай-фай-сериал о газлайтинге и отношениях матери с дочерью

В этом проекте фантастические мотивы переплетаются с драмой

Forbes
Хангерфордская трагедия: первое массовое убийство в истории Британии Хангерфордская трагедия: первое массовое убийство в истории Британии

В 12:30 утра из пистолета Майкла Райана раздался первый выстрел

ТехИнсайдер
Мозговой штурм: за кем следить в мире нейроинтерфейсов и что их ждет в будущем Мозговой штурм: за кем следить в мире нейроинтерфейсов и что их ждет в будущем

Для чего ученые пытаются совместить человеческий мозг с компьютером

Forbes
Прорыв или пиар: что представляют собой мозговые имплантаты от Илона Маска Прорыв или пиар: что представляют собой мозговые имплантаты от Илона Маска

Компания Neuralink недавно вживила свое первое устройство в мозг пациента

Forbes
Шитье и немцы Шитье и немцы

«The New Look»: Шанель против Диора

Weekend
Андервольтинг видеокарты: что это такое и как сделать? Андервольтинг видеокарты: что это такое и как сделать?

Андервольтинг незаменим, если вы хотите избавиться от перегрева видеокарты

CHIP
Домашний мастер Домашний мастер

Что должен мужчина делать по дому: обязанности, которые он выполнит лучше тебя

Лиза
10 советов, как определить, что человек врет 10 советов, как определить, что человек врет

Как понять, что собеседник пытается вас обмануть

Inc.
Сказке конец Сказке конец

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

Лиза
5 фактов из жизни Ромы Желудя: секс-зависимость, эскорт, смерть мамы и не только 5 фактов из жизни Ромы Желудя: секс-зависимость, эскорт, смерть мамы и не только

Самые интересные моменты из большого интервью Ромы Желудя

Psychologies
Морские выдры спасают берега от эрозии и обрушения Морские выдры спасают берега от эрозии и обрушения

Как каланы сохраняют состояние берегов заболоченных устьев рек

ТехИнсайдер
Открыть в приложении