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

Готовы отправиться в фантастическое космическое путешествие?

Наука и жизнь
Взрывной характер Взрывной характер

«Оппенгеймер»: дебаты о коммунизме, квантовая физика и охота на ведьм

Дилетант
Обжигаемый Солнцем: экскурсия на Меркурий Обжигаемый Солнцем: экскурсия на Меркурий

Какие же тайны и интересные особенности скрывает Меркурий?

Наука и жизнь
Как детские травмы влияют на то, какой вы родитель: 8 последствий Как детские травмы влияют на то, какой вы родитель: 8 последствий

То, что вы сами пережили в детстве, может негативно отражаться на ваших детях

Psychologies
Подарок из Мессины Подарок из Мессины

В эрмитажной коллекции хранится много документальных экспонатов прошлых веков

Дилетант
Техно-диджей Никита Забелин: Я хочу вывести электронную музыку из ночных клубов на концертные площадки Техно-диджей Никита Забелин: Я хочу вывести электронную музыку из ночных клубов на концертные площадки

Интервью с техно-диджеем Никитой Забелиным

СНОБ
«Когорта добромыслящих» «Когорта добромыслящих»

Специализированная политическая полиция появилась по «обдуманному плану»

Дилетант
Воззвание Минина Воззвание Минина

Картина Константина Маковского, изображавшая воззвание Минина

Дилетант
Дома без папы Дома без папы

Дарья Мельникова самоизолировалась на страницах MAXIM без масок и одежды

Maxim
Начать и кончить Начать и кончить

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

Men Today
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
Пластмассовый мир проиграл Пластмассовый мир проиграл

Как советские хиппи не хотели никого победить — но все изменили

Weekend
Дважды великий князь Дважды великий князь

Дмитрий Шемяка — умелый полководец и дипломат, который оказался забыт

Дилетант
Внимательное разглядывание растений ослабило негативные эмоции и усилило положительные Внимательное разглядывание растений ослабило негативные эмоции и усилило положительные

Прогулка по лесу снижает негативные эмоции людей, которые испытали стресс

N+1
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
Что значит «sober curious», и как это может изменить вашу жизнь Что значит «sober curious», и как это может изменить вашу жизнь

Слышали ли вы когда-нибудь термин «выпивающий осознанно»?

ТехИнсайдер
«Болезнь медового месяца»: что такое посткоитальный цистит и как его распознать и вылечить «Болезнь медового месяца»: что такое посткоитальный цистит и как его распознать и вылечить

Почему возникает посткоитальный цистит?

VOICE
5 вопросов, которые стоит себе задать, прежде чем вернуться к бывшему партнеру 5 вопросов, которые стоит себе задать, прежде чем вернуться к бывшему партнеру

Можно ли достичь счастья со второй попытки с прежним партнером?

Psychologies
Какой должна быть мощность всасывания пылесоса Какой должна быть мощность всасывания пылесоса

Как подобрать правильную мощность домашнего пылесоса?

CHIP
Принцесса-рыбка, гигантский робот и амфибия. Фильмы о дружбе между человеком и нечеловеком Принцесса-рыбка, гигантский робот и амфибия. Фильмы о дружбе между человеком и нечеловеком

Подборка трогательных фильмов об отношениях людей и нелюдей

СНОБ
Ближний Восток: гудбай, Америка! Ближний Восток: гудбай, Америка!

С какой целью США тратят миллиарды долларов в далеких заморских землях?

Монокль
Если вам немного за 30: как укрепить спину дома Если вам немного за 30: как укрепить спину дома

Как с помощью простых упражнений получить хороший профит для спины

Правила жизни
Слово пацанам Слово пацанам

На свете много мужчин, которые начинают общение с грубости и хамства. Зачем?

VOICE
Как перестать искать в мужчине отца: история клиентки психолога Как перестать искать в мужчине отца: история клиентки психолога

Как женщине изменить негативный сценарий и найти партнера, а не родителя?

Psychologies
Кто придумал кукурузные хлопья и как их делают: история первых быстрых завтраков Кто придумал кукурузные хлопья и как их делают: история первых быстрых завтраков

Это блюдо буквально завоевало весь мир, но придумали его совершенно случайно

ТехИнсайдер
Анна Савранская: «Я стремлюсь к непредсказуемости» Анна Савранская: «Я стремлюсь к непредсказуемости»

Карьера молодой актрисы Анны Савранской только начинается, но с громкого проекта

VOICE
«Идеальные дни» Вима Вендерса: как наслаждаться жизнью, даже если чистишь туалеты «Идеальные дни» Вима Вендерса: как наслаждаться жизнью, даже если чистишь туалеты

Почему после фильма «Идеальные дни» снова появляется вера в жизнь?

Forbes
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
Сердечный кашель. Чем отличается от обычного и как его лечить Сердечный кашель. Чем отличается от обычного и как его лечить

Длительный кашель – одна из серьезных проблем со здоровьем

Лиза
Роман бестселлер Роман бестселлер

Роман Евдокимов вопреки сложившейся моде играет не самого себя, а своих героев

Men Today
Открыть в приложении