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

Масса за горизонтом событий Масса за горизонтом событий

О том, как удалось обнаружить и «взвесить» одну из сверхмассивных чёрных дыр

Наука и жизнь
Галерист Марина Лошак: Выход из зоны комфорта — важный этап взросления души Галерист Марина Лошак: Выход из зоны комфорта — важный этап взросления души

Марина Лошак о глобальном тренде на нишевое неочевидное искусство

СНОБ
Обитатели пояса Койпера Обитатели пояса Койпера

Какие ещё небесные тела оказались в далёком поясе Койпера?

Наука и жизнь
«Готов ли я умереть за нее?»: Брэдли Купер признался, что сомневался в любви к дочери «Готов ли я умереть за нее?»: Брэдли Купер признался, что сомневался в любви к дочери

Любовь родителей, как оказывается, приходит не сразу — история Брэдли Купера

Psychologies
Искусственный интеллект для физики белка Искусственный интеллект для физики белка

Что искусственный интеллект AlphaFold «знает» о физике белка?

Наука и жизнь
Девушки тоже ездят на «харлеях»: как бренды открывали для себя женскую аудиторию Девушки тоже ездят на «харлеях»: как бренды открывали для себя женскую аудиторию

Как производители разных товаров открывали для себя потребителей-женщин

Forbes
«Когорта добромыслящих» «Когорта добромыслящих»

Специализированная политическая полиция появилась по «обдуманному плану»

Дилетант
Маргарита без Мастера: 10 фильмов и сериалов с Юлией Снигирь Маргарита без Мастера: 10 фильмов и сериалов с Юлией Снигирь

Вспомним десять проектов с Юлией Снигирь, которые стоит посмотреть

Правила жизни
Солнечная защита Земли: новые детали Солнечная защита Земли: новые детали

Галактические космические лучи — очень опасный тип радиации

Наука и жизнь
Управление гневом Управление гневом

Как экологично выражать злость и недовольство?

Лиза
«Черный вторник»: биржевой крах на Уолл-Стрит 1929 года «Черный вторник»: биржевой крах на Уолл-Стрит 1929 года

Рассказываем о биржевом крахе, произошедшем на Уолл-Стрит 29 октября 1929 года

ТехИнсайдер
«От Энигмы до ChatGPT»: почему люди до сих пор боятся искусственного интеллекта «От Энигмы до ChatGPT»: почему люди до сих пор боятся искусственного интеллекта

Как относиться к искусственному разуму? Ищем ответ в «От "Энигмы" до ChatGPT»

ТехИнсайдер
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
Что добавить в воду, чтобы быстро и без усилий помыть стены Что добавить в воду, чтобы быстро и без усилий помыть стены

Вспомнишь ли ты, когда последний раз приводила в порядок стены?

VOICE
«Если дружба, то навсегда, если обида, то смертельная»: как подростковый опыт общения влияет на дальнейшую жизнь «Если дружба, то навсегда, если обида, то смертельная»: как подростковый опыт общения влияет на дальнейшую жизнь

Дружба для подростков — один из центральных этапов социальной сплоченности

Psychologies
Будет как шелковый Будет как шелковый

«Китайцы» снова на Кавказе

Автопилот
«Отсутствие конфликтов — серьезный симптом»: почему не стоит бояться разногласий в отношениях «Отсутствие конфликтов — серьезный симптом»: почему не стоит бояться разногласий в отношениях

Глава из книги «Мои любимые триггеры: что делать, когда вас задевают за живое»

Psychologies
Актер Кузьма Котрелев: За подлинным искусством всегда стоит личность Актер Кузьма Котрелев: За подлинным искусством всегда стоит личность

Актер Кузьма Котрелев — чем отличается искусство от коммерческой продукции

СНОБ
«Доноры» или «потребители»: что делать партнерам с одинаковым типом эмоциональной обусловленности «Доноры» или «потребители»: что делать партнерам с одинаковым типом эмоциональной обусловленности

Как формируются наши паттерны в отношениях и что делать, если рядом «двойник»?

Psychologies
Зачем жить, если жизнь — боль? Письмо тому, кто отчаялся Зачем жить, если жизнь — боль? Письмо тому, кто отчаялся

Что делать, если кажется, что жить уже невозможно?

Psychologies
Возможно ли употреблять слишком много антиоксидантов Возможно ли употреблять слишком много антиоксидантов

Исследования показывают, что большие дозы антиоксидантов могут быть вредными

ТехИнсайдер
Красные, белые и оранжевые. Как правильно декантировать разные вина Красные, белые и оранжевые. Как правильно декантировать разные вина

Для каких вин нужен декантер и почему некоторым винам он может навредить

СНОБ
«Ты меня никогда не любила»: 4 совета для родителей, которые слышат такое от взрослых детей «Ты меня никогда не любила»: 4 совета для родителей, которые слышат такое от взрослых детей

Как отвечать на обвинения ребенка — и стоит ли принимать их всерьез?

Psychologies
Марина Орлова: «Мне интересно делать то, чего еще не было» Марина Орлова: «Мне интересно делать то, чего еще не было»

Топ-менеджер Марина Орлова — об управлении и устойчивом развитии

Bones
Оставить нельзя отказаться Оставить нельзя отказаться

Можно ли сократить потребление антибиотиков в животноводстве без потерь

Агроинвестор
Почему с горных вершин не спускают погибших там туристов Почему с горных вершин не спускают погибших там туристов

Трупы буквально усеивают Эверест, но никто не спешит их хоронить, почему?

Maxim
Главные тайны материи: зачем физикам новый стокилометровый коллайдер Главные тайны материи: зачем физикам новый стокилометровый коллайдер

Какие ответы хотят найти физики с помощью новой дорогой игрушки?

Forbes
«Поскребись своим телом по истории XX века — и никогда не захочешь ее повторять» «Поскребись своим телом по истории XX века — и никогда не захочешь ее повторять»

Тома Селиванова о своем фильме «Пепел и доломит»

Weekend
Какой должна быть яркость экрана смартфона, чтобы изображение всегда было хорошо видно Какой должна быть яркость экрана смартфона, чтобы изображение всегда было хорошо видно

Пиковая яркость — реальная характеристика или маркетинговый термин?

CHIP
Бейсджампинг, родео и стритлагинг: 10 самых травмоопасных видов спорта Бейсджампинг, родео и стритлагинг: 10 самых травмоопасных видов спорта

Экстремальные виды спорта, которые наиболее опасны для вашего здоровья

ТехИнсайдер
Открыть в приложении