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

Самый энергичный свет Самый энергичный свет

История открытия и некоторые факты о гамма-лучах

Наука и жизнь
«Паутинка жизни»: судьба Евгения Замятина «Паутинка жизни»: судьба Евгения Замятина

О важности темы отдельного человека в творчестве Е. И. Замятина

Знание – сила
Обитатели пояса Койпера Обитатели пояса Койпера

Какие ещё небесные тела оказались в далёком поясе Койпера?

Наука и жизнь
Новые французы Новые французы

Франция снова в гастрономическом тренде

Bones
Четвёрка над пятёркой Четвёрка над пятёркой

Советские разведчики, которые вербовали, курировали и руководили «пятёркой»

Дилетант
Лед и пламя: исследование антарктического вулкана может объяснить, возможна ли жизнь на Марсе Лед и пламя: исследование антарктического вулкана может объяснить, возможна ли жизнь на Марсе

Соединение льда и огня может дать подсказку о том, как выглядит жизнь на Марсе

ТехИнсайдер
Оттепель: поколение гениев Оттепель: поколение гениев

Хрущёвская либерализация подарила миру целую коллекцию шедевров

Дилетант
Великий мнимый Великий мнимый

«Май декабрь»: Джулианна Мур, Натали Портман и Тодд Хейнс о природе кино

Weekend
Перевернутая Сибирь Перевернутая Сибирь

Петр Первый экзаменовал своих бояр по географии, пользуясь Большой картой Сибири

Вокруг света
Как на собеседовании просить зарплату больше, чем указано в вакансии: мнение эксперта Как на собеседовании просить зарплату больше, чем указано в вакансии: мнение эксперта

Успех на собеседовании — убедить работодателя предложить тебе больше денег

VOICE
Практические вопросы: Как подобрать моторное масло? Практические вопросы: Как подобрать моторное масло?

Менять масло по пробегу? В зависимости от условий эксплуатации? И другие вопросы

4x4 Club
Перед употреблением сварить: 6 продуктов, которые становятся полезнее после термической обработки Перед употреблением сварить: 6 продуктов, которые становятся полезнее после термической обработки

Какие продукты в приготовленном виде еще более полезны для нашего здоровья

ТехИнсайдер
Как «Рецепт любви» с Жюльет Бинош ищет формулу личного и профессионального счастья Как «Рецепт любви» с Жюльет Бинош ищет формулу личного и профессионального счастья

Как романтическая драма утоляет эмоциональный голод

Forbes
«Больше не познается в беде»: 5 главных вопросов о современной дружбе «Больше не познается в беде»: 5 главных вопросов о современной дружбе

Как найти близких людей? И как научиться доверять после предательства?

Psychologies
Резиденция божеств: почему альпинисты не могут покорить гору Кайлас в Тибете Резиденция божеств: почему альпинисты не могут покорить гору Кайлас в Тибете

Таинственная и необычная история горы Кайлас

ТехИнсайдер
Шок-контент Шок-контент

Вездеход здорового горожанина

Автопилот
«Меня постоянно бросают»: как построить надежные отношения «Меня постоянно бросают»: как построить надежные отношения

Что делать, если ты влюбляешься в мужчин, а они все время тебя бросают?

Psychologies
2 причины бросить все и прямо сейчас посмотреть фото котиков 2 причины бросить все и прямо сейчас посмотреть фото котиков

Почему для психического здоровья важно смотреть на котиков в Интернете?

Psychologies
Станция «Динамо» Станция «Динамо»

В роли «динамщиков» все чаще выступают мужчины. Что случилось с сильным полом?

Лиза
Канкрины Канкрины

Немецкий род Канкриных обосновался в России лишь в конце XVIII века

Дилетант
Берлинале-2024: как Руни Мара попала на «Кухню» Берлинале-2024: как Руни Мара попала на «Кухню»

Какими приемами пользуются режиссеры и как их воспринимают зрители?

РБК
Издержки совершенства Издержки совершенства

За совершенным «фасадом» часто скрываются серьёзные проблемы

Здоровье
Вкусно и полезно: 13 продуктов для снижения кровяного давления Вкусно и полезно: 13 продуктов для снижения кровяного давления

Соблюдение определенной диеты может помочь снизить артериальное давление

ТехИнсайдер
Витамин юности: что такое ретинол Витамин юности: что такое ретинол

Ретинол: чем же он хорош для кожи и как эффективнее всего его использовать

Psychologies
Нейроны ощутили сердцебиение механорецепторами и синхронизировались с ним Нейроны ощутили сердцебиение механорецепторами и синхронизировались с ним

Нейроны обонятельных луковиц синхронизируют свои осцилляции с сердцебиением

N+1
Записки отельера: как разобраться с гостями, по ошибке поселившимися в одном номере Записки отельера: как разобраться с гостями, по ошибке поселившимися в одном номере

История будней гостиницы «Гельвеции», почти как из фильма Георгия Данелии

Правила жизни
Вот как понять, что вы «волк-одиночка», а не социопат! Интересные факты из психологии Вот как понять, что вы «волк-одиночка», а не социопат! Интересные факты из психологии

Существует тонкая грань между интровертом, «одиноким волком» и социопатом

ТехИнсайдер
Как китайские стримеры помогают росту экономики и почему им наступает на пятки ИИ Как китайские стримеры помогают росту экономики и почему им наступает на пятки ИИ

Откуда появилась потребность в цифровых блогерах в Китае и каковы их перспективы

Forbes
Fine dining Fine dining

Файн-дайнинг не может быть безликим, это авторская история

Bones
Аглая Тарасова Аглая Тарасова

Аглая Тарасова умеет и в Золушку-мажорку, и в летчицу-валькирию

Собака.ru
Открыть в приложении