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
Какие предметы одежды женщины заимствовали у мужчин и сделали своими Какие предметы одежды женщины заимствовали у мужчин и сделали своими

Какими предметами своего гардероба мужчины не хотели делиться?

ТехИнсайдер
Обжигаемый Солнцем: экскурсия на Меркурий Обжигаемый Солнцем: экскурсия на Меркурий

Какие же тайны и интересные особенности скрывает Меркурий?

Наука и жизнь
Финансовые трудности: что компаниям нужно знать о процедуре юридического банкротства, как сделать и для чего Финансовые трудности: что компаниям нужно знать о процедуре юридического банкротства, как сделать и для чего

Какие существуют основные плюсы и минусы, связанные с банкротством предприятий

Inc.
Китайское исследование Китайское исследование

Один из самых масштабных анализов связи между пищевыми привычками и болезнями

kiozk originals
«Роль Волка пришла ко мне в нужный момент» «Роль Волка пришла ко мне в нужный момент»

Влад Ценёв — о международных проектах, манипуляциях и мечтах

OK!
Комиссарши в пыльных шлемах Комиссарши в пыльных шлемах

Прекрасные дамы, которые активно участвовали в революции

Дилетант
Курорт, каток и студия для комиков: как используются олимпийские объекты Сочи-2014 Курорт, каток и студия для комиков: как используются олимпийские объекты Сочи-2014

Что сейчас происходит с олимпийскими объектами в Сочи?

Forbes
«Невидимка» Дуссе-Алинь «Невидимка» Дуссе-Алинь

Хабаровский край скрывает сохранившиеся в первозданном виде природные уголки

Наука и жизнь
Холст, масло, крик Холст, масло, крик

20 фактов про самую известную картину Эдварда Мунка

Weekend
4 проверенных способа не срываться на детей 4 проверенных способа не срываться на детей

Как вернуть в общение с детьми радость?

Psychologies
Жена Вермеера взвешивает деньги: как торговля и этика накопления влияют на живопись Жена Вермеера взвешивает деньги: как торговля и этика накопления влияют на живопись

Глава из книги «Шляпа Вермеера. XVII век и рассвет глобального мира»

Forbes
Сын Урал и дочь Благодария: как необычное имя влияет на жизнь ребенка Сын Урал и дочь Благодария: как необычное имя влияет на жизнь ребенка

Как желание родителя дать отпрыску яркое имя может отразиться на его будущем

Psychologies
Команды, которые меняют мир: как трое друзей придумали агентство Setters Команды, которые меняют мир: как трое друзей придумали агентство Setters

Отрывок из книги «Setters. Команды, которые меняют мир»

Forbes
Лучшие маслкары: фото и характеристики машин Лучшие маслкары: фото и характеристики машин

Какие автомобили называли маслкарами, выпускают ли их сейчас

РБК
Любовно-погодные явления Любовно-погодные явления

«5 сантиметров в секунду»: шедевр Макото Синкая

Weekend
Призраки в мешке Призраки в мешке

«Нечисть»: крепкий подвальный хоррор на основе успешной короткометражки

Weekend
Знаменитые фотографы, которых «отменили» Знаменитые фотографы, которых «отменили»

А вы знаете, что культура отмены коснулась и многих культовых фотографов?

Maxim
Все о МКАД: что это за дорога и какая у нее история Все о МКАД: что это за дорога и какая у нее история

Как развивался и что собой представляет сегодня МКАД

РБК
Только через мой труд Только через мой труд

Что такое трудоголизм и как от него уберечься без вреда для карьеры?

Men Today
Дойти до конца цепочки Дойти до конца цепочки

Как Россия может достичь технологического суверенитета в сфере производства РЗМ

Монокль
Ужасы в вашей тарелке: 6 опасных для здоровья пищевых фобий Ужасы в вашей тарелке: 6 опасных для здоровья пищевых фобий

Откуда у людей возникают страхи перед едой и как их вылечить?

Psychologies
Если случится ядерная зима, человечество спасут от голода плантации водорослей Если случится ядерная зима, человечество спасут от голода плантации водорослей

Альтернативный источник питания, который может спасти огромное количество жизней

ТехИнсайдер
Эпоха романтизма Эпоха романтизма

Можно ли всегда ощущать себя немного влюбленным, даже не находясь в отношениях?

Grazia
Мороз и солнце Мороз и солнце

Еще лет двадцать назад на остров Ольхон на Байкале почти не ступала нога туриста

Лиза
«Любит — не любит»: 5 явных сигналов того, что человек в вас заинтересован «Любит — не любит»: 5 явных сигналов того, что человек в вас заинтересован

В вопросах выявления симпатии важно все: и язык тела, и то, что вы обсуждаете

Psychologies
«Примадонна»: как в современном кино показывают героинь в зрелом возрасте «Примадонна»: как в современном кино показывают героинь в зрелом возрасте

В этой подборке — фильмы, чей сюжет строится вокруг взрослых героинь

Forbes
Можно ли найти любовь с помощью ChatGPT? Интервью с выпускником РГГУ Александром Жаданом, которому это удалось Можно ли найти любовь с помощью ChatGPT? Интервью с выпускником РГГУ Александром Жаданом, которому это удалось

Как Александру удалось приручить дейтинг-приложение за 120 часов разработки?

Правила жизни
Стать тачкой номер один в России Стать тачкой номер один в России

Как в провинциальном городке за десять лет вызрело экономическое чудо

Монокль
Как справиться со сложными чувствами по отношению к родителям: 2 шага Как справиться со сложными чувствами по отношению к родителям: 2 шага

Нужно ли избавляться от негативных эмоций по отношению к самым близким людям?

Psychologies
Открыть в приложении