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

Вопрос-ответ Вопрос-ответ

Откуда взялась Луна, заразен ли рак и другие вопросы

Вокруг света
Тело говорит: откуда берутся психосоматические заболевания Тело говорит: откуда берутся психосоматические заболевания

Какой беспорядок способна создать психологическая травма в теле человека?

Forbes
Обитатели пояса Койпера Обитатели пояса Койпера

Какие ещё небесные тела оказались в далёком поясе Койпера?

Наука и жизнь
10 вещей, которые нельзя делать во время мытья полов: мнение сотрудников клининговых служб 10 вещей, которые нельзя делать во время мытья полов: мнение сотрудников клининговых служб

Есть распространенные ошибки при мытье полов. Какие же?

VOICE
Био-механизм Био-механизм

Пауки, пожалуй, самые высокотехнологичные существа на планете

Вокруг света
Издержки совершенства Издержки совершенства

За совершенным «фасадом» часто скрываются серьёзные проблемы

Здоровье
От чего умер Ленин? От чего умер Ленин?

На момент смерти Ленину было всего 53 года. На здоровье он никогда не жаловался

Дилетант
Травы: добро и здоровье Травы: добро и здоровье

Русскую кухню невозможно представить без трав

Bones
Ландшафты утренней звезды Ландшафты утренней звезды

Как же на самом деле выглядит Венера?

Наука и жизнь
Заложники воспитания или все же свободные личности: рассуждения психолога о семейном сценарии Заложники воспитания или все же свободные личности: рассуждения психолога о семейном сценарии

О реальной значимости родительского образца размышляет психолог

Psychologies
От первого лица: какие киберугрозы ждут нас в 2024 году От первого лица: какие киберугрозы ждут нас в 2024 году

Основные тренды, явления и события в области киберугроз

Forbes
Кавказия Кавказия

Кавказская и азиатская кухня: что в них общего, чем они дополняют друг друга?

Bones
Burito: «Никто не может мыслить, как я» Burito: «Никто не может мыслить, как я»

Игорь Бурнышев и Оксана Устинова — почему не бывает плохой музыки

ЖАРА Magazine
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
Горькая правда Горькая правда

«Я узнала, что муж изменяет, абсолютно случайно». Истории читательниц

Лиза
Как металл превращается в крыло Как металл превращается в крыло

Как алюминиевые сплавы стали основным материалом в авиастроении

Наука и техника
Никита Благово Никита Благово

Директор музея истории школы Карла Мая был принят в экс-гимназию в 1945-м

Собака.ru
Актриса Анна Ардова: Я понимаю Гурмыжскую, хотя некоторые ее поступки оправдать сложно Актриса Анна Ардова: Я понимаю Гурмыжскую, хотя некоторые ее поступки оправдать сложно

Разговор с Анной Ардовой о спектакле, ее героине и коллегах по цеху

СНОБ
Что твой любимый цвет одежды говорит о твоем характере Что твой любимый цвет одежды говорит о твоем характере

Назови свой любимый цвет – и мы догадаемся, какой у тебя характер!

VOICE
4 причины чаще заниматься сексом 4 причины чаще заниматься сексом

Почему для здоровья важно регулярно заниматься сексом?

Psychologies
Иное течение времени: 3 фантастических романа об альтернативной истории развития науки Иное течение времени: 3 фантастических романа об альтернативной истории развития науки

Книги, которых история идет по-другому из-за альтернативного развития науки

ТехИнсайдер
Сумчатые муравьеды перегрелись после десяти минут охоты на термитов в жару Сумчатые муравьеды перегрелись после десяти минут охоты на термитов в жару

Намбаты уязвимы перед глобальным потеплением

N+1
Заповедник: остров в море цивилизации Заповедник: остров в море цивилизации

Какую роль научная работа играет в жизни заповедников

Наука и жизнь
Активные формы кислорода помогли тихоходкам впасть в криптобиоз Активные формы кислорода помогли тихоходкам впасть в криптобиоз

Для того, чтобы впасть в криптобиоз, тихоходкам нужны активные формы кислорода

N+1
Богатая растительным белком пища снизила заболеваемость раком и диабетом Богатая растительным белком пища снизила заболеваемость раком и диабетом

Растительный белок значительно увеличивает вероятность здорового старения

ТехИнсайдер
Сексуальная жизнь в длительных отношениях: 4 истории пар, которые давно вместе Сексуальная жизнь в длительных отношениях: 4 истории пар, которые давно вместе

Как партнерам, живущим вместе 10-20 лет, удается поддерживать огонь страсти?

Psychologies
От Натали Портман до Наоми Осаки: как женщины вкладываются и развивают женский спорт От Натали Портман до Наоми Осаки: как женщины вкладываются и развивают женский спорт

О женщинах, которые активно инвестируют в женский спорт

Forbes
Почему партнер пропадает после пары свиданий: 8 историй мужчин и женщин, которые занимались гостингом Почему партнер пропадает после пары свиданий: 8 историй мужчин и женщин, которые занимались гостингом

Почему мы сталкиваемся с гостингом и как после этого сохранить самооценку?

Psychologies
Турне за океан Турне за океан

Что же это за яхта, которую британская верфь не стала показывать в Каннах?

Y Magazine
Какой пробег подержанного автомобиля можно считать приемлемым? Какой пробег подержанного автомобиля можно считать приемлемым?

Сколько тысяч на одометре можно считать приемлемыми? Семьдесят это много?

4x4 Club
Открыть в приложении