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

Тёмное зазеркалье Тёмное зазеркалье

Рядом с нами может существовать параллельный зеркальный мир, названный теневым

Наука и жизнь
Авиалинии «холодной войны»: как советские самолеты летали за границу Авиалинии «холодной войны»: как советские самолеты летали за границу

Чаще всего политические кризисы заканчивалось прерванными полетами

ТехИнсайдер
Обитатели пояса Койпера Обитатели пояса Койпера

Какие ещё небесные тела оказались в далёком поясе Койпера?

Наука и жизнь
Автосохранение Автосохранение

Проекты советских гаражей столетней давности

Автопилот
Иммунитет Иммунитет

Роль иммунной системы

kiozk originals
Начать и кончить Начать и кончить

Искусство любви — это целая наука, в которой всегда можно открыть что-то новое

Men Today
Савонарола: борец с коррупцией и искусством Савонарола: борец с коррупцией и искусством

Джироламо Савонарола стал символом бескомпромиссной схватки за чистоту церкви

Дилетант
«Я же по милосердию Божьему остался невредим…» «Я же по милосердию Божьему остался невредим…»

Письмо Александра II дочери

Дилетант
В сердце Сицилии В сердце Сицилии

Канноли — лучший воскресный итальянский десерт

Вокруг света
12 экранизаций Михаила Булгакова: от худшей к лучшей 12 экранизаций Михаила Булгакова: от худшей к лучшей

Экранизации Михаила Булгакова, с которыми точно стоит ознакомиться

Правила жизни
«Сцены из супружеской жизни» — телеспектакль Ингмара Бергмана и его ремейк с Оскаром Айзеком и Джессикой Честейн «Сцены из супружеской жизни» — телеспектакль Ингмара Бергмана и его ремейк с Оскаром Айзеком и Джессикой Честейн

Психологическая драма Ингмара Бергмана и ее ремейк 2021 года

СНОБ
Для тех, кому некогда худеть Для тех, кому некогда худеть

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

Лиза
Социальный конструктор: как регулировать платформенную экономику Социальный конструктор: как регулировать платформенную экономику

Как найти подход к регулированию платформенной занятости?

Forbes
Майнд-фитнес: как оставаться умным, когда другие глупеют? Майнд-фитнес: как оставаться умным, когда другие глупеют?

Как отодвинуть старение мозга на несколько десятилетий?

Psychologies
8 шагов, чтобы высказать претензии другу и не поссориться 8 шагов, чтобы высказать претензии другу и не поссориться

Что делать, «если друг оказался вдруг» не таким надежным, как вы надеялись?

Psychologies
Как поставить анимированную аватарку в Стиме: пошаговая инструкция Как поставить анимированную аватарку в Стиме: пошаговая инструкция

Сегодня мы расскажем как установить анимированную аватарку в Стим

CHIP
«Аленькие цветочки» внутренних вод «Аленькие цветочки» внутренних вод

Александр Бобров: очарование водных растений и гибридизации

Наука и жизнь
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
Человекообразные обезьяны подразнили сородичей Человекообразные обезьяны подразнили сородичей

Четыре вида человекообразных обезьян дразнят друг друга разными способами

N+1
Лучшие маслкары: фото и характеристики машин Лучшие маслкары: фото и характеристики машин

Какие автомобили называли маслкарами, выпускают ли их сейчас

РБК
Как расслабиться без алкоголя: 4 техники от КПТ-терапевта Как расслабиться без алкоголя: 4 техники от КПТ-терапевта

Чем заменить алкоголь для снятия стресса? Рассказывает психолог

Psychologies
Закрой холодильник! Закрой холодильник!

Как перестать есть по ночам

Лиза
Валерий Фокин: «Для меня главное в судьбе Мейерхольда — его художественный путь» Валерий Фокин: «Для меня главное в судьбе Мейерхольда — его художественный путь»

Валерий Фокин — о судьбе Всеволода Мейерхольда

Монокль
Ингибитор гепараназы защитил мышей от диабетического поражения глаз и почек Ингибитор гепараназы защитил мышей от диабетического поражения глаз и почек

Ингибитор гепараназы сохранил толщину и функции эндотелиального гликокаликса

N+1
Пивоварня в квартире: сколько стоит сварить пиво в домашних условиях Пивоварня в квартире: сколько стоит сварить пиво в домашних условиях

Выгодно ли заниматься домашним пивоварением, создавая собственные сорта?

Psychologies
Затопленное химическое оружие Второй мировой. Опасно ли оно? Затопленное химическое оружие Второй мировой. Опасно ли оно?

Впервые о химическом оружии узнали 22 апреля 1915 года

Наука и техника
Тело говорит: откуда берутся психосоматические заболевания Тело говорит: откуда берутся психосоматические заболевания

Какой беспорядок способна создать психологическая травма в теле человека?

Forbes
Все альбомы и сборники Nirvana от худшего к лучшему Все альбомы и сборники Nirvana от худшего к лучшему

Были ли у Nirvana плохие альбомы?

Maxim
Диета Бубновского: как нужно питаться, чтобы забыть об остеохондрозе, боли в спине и шее Диета Бубновского: как нужно питаться, чтобы забыть об остеохондрозе, боли в спине и шее

Отрывок из книги «Золотая книга» о здоровье позвоночника

VOICE
Как добавить поддержку беспроводной зарядки любому смартфону Как добавить поддержку беспроводной зарядки любому смартфону

Как настроить функцию беспроводной зарядки в любом телефоне?

ТехИнсайдер
Открыть в приложении