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

Они живые и светятся Они живые и светятся

Зачем червям система биолюминесценции?

Наука и жизнь
I can speak English: как быстро и эффективно запоминать иностранные слова I can speak English: как быстро и эффективно запоминать иностранные слова

Рассказываем, как запоминать новые иностранные слова быстро и эффективно

ТехИнсайдер
Бескишечные морские черви, нефть, газ и жизнь на других планетах Бескишечные морские черви, нефть, газ и жизнь на других планетах

Морису Коллери опубликовал статью со строением этих весьма необычных существ...

Наука и жизнь
Зачем здоровый образ жизни пожилому человеку? Зачем здоровый образ жизни пожилому человеку?

Какие корректировки в образ жизни нужно вносить пожилому человеку?

Здоровье
Обитатели пояса Койпера Обитатели пояса Койпера

Какие ещё небесные тела оказались в далёком поясе Койпера?

Наука и жизнь
«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
Анатомия Жар-птицы Анатомия Жар-птицы

Кем могла бы быть волшебная Жар-птица с точки зрения науки?

Вокруг света
Белка в доме: как ухаживать за грызуном Белка в доме: как ухаживать за грызуном

Стоит ли заводить белку в качестве домашнего животного?

ТехИнсайдер
Даниил Галицкий, изворотливый король Даниил Галицкий, изворотливый король

В Галицко-Волынском княжестве монголы впервые не смогли взять одну из крепостей

Дилетант
Спасение дельфинов и лошадей: как НКО помогают диким и эксплуатируемым животным Спасение дельфинов и лошадей: как НКО помогают диким и эксплуатируемым животным

НКО, которые лечат и окружают заботой нуждающихся животных

Forbes
Собака чудом выжила после схватки с пумой: видео Собака чудом выжила после схватки с пумой: видео

Ризеншнауцер избежал почти смертельной стычки с большой кошкой

ТехИнсайдер
Александр Басалыгин Александр Басалыгин

Особняк на Кадетской линии Васильевского Александр Брюллов перестроил под себя

Собака.ru
Зачем смартфонам камеры с высоким разрешением Зачем смартфонам камеры с высоким разрешением

Есть ли смысл в камерофонах?

ТехИнсайдер
Будущее в настоящем Будущее в настоящем

Искусственный интеллект: ожидания, страхи, реальность

Men Today
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
В России стартовали продажи новых кроссоверов DFSK. Что это за машины В России стартовали продажи новых кроссоверов DFSK. Что это за машины

Кроссоверы DFSK — что это за автомобили и подойдут ли они россиянам?

РБК
Что такое digital простыми словами. Популярные профессии, плюсы и минусы Что такое digital простыми словами. Популярные профессии, плюсы и минусы

Что значит digital, какие профессии в digital-сфере наиболее востребованы

Цифровой океан
Зачем пиджаку лишние пуговицы, если застегивать можно только на одну? Кто придумал это правило? Зачем пиджаку лишние пуговицы, если застегивать можно только на одну? Кто придумал это правило?

Кто придумал правила застегивания пиджака, которое заставляет мужчин краснеть?

ТехИнсайдер
Женская линия Женская линия

Приглашенных главреда у нас сегодня два. Вернее, две: Юлия и Анна Пересильд

Psychologies
Девонская панцирная рыба оказалась обладательницей рекордно длинной нижней челюсти Девонская панцирная рыба оказалась обладательницей рекордно длинной нижней челюсти

Нижняя челюсть девонской плакодермы была вдвое длиннее ее черепа

N+1
«Таким не надо размножаться»: откровенная история фотографа с «синдромом бабочки» «Таким не надо размножаться»: откровенная история фотографа с «синдромом бабочки»

Как девушка с «синдромом бабочки» живет счастливой и активной жизнью?

Psychologies
Что за «Прелесть»: каким получился сериал с Олегом Меньшиковом о криминальной России Что за «Прелесть»: каким получился сериал с Олегом Меньшиковом о криминальной России

Зачем смотреть «Прелесть» — историю о призраках прошлого и демонах настоящего?

Forbes
Технологический расчет: почему ИИ и электромобили пока не спасают экономику Китая Технологический расчет: почему ИИ и электромобили пока не спасают экономику Китая

Экономика Китая выросла на 5,2 %. По высоким китайским стандартам рост слабый

Forbes
Трюки капитализма! Вот почему вы тратите в супермаркетах больше денег, чем планировали Трюки капитализма! Вот почему вы тратите в супермаркетах больше денег, чем планировали

Вы идете за хлебом, а выходите из магазина с двумя сумками продуктов?

ТехИнсайдер
Названый брат Названый брат

«Брат 3»: маловразумительный коллаж с продаваемым названием

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

Письмо Александра II дочери

Дилетант
Плоский животик. Как избавиться от лишних складок в области талии Плоский животик. Как избавиться от лишних складок в области талии

Подтянутый живот – это не только красиво, но еще и крайне полезно для здоровья

Лиза
Любите литературу? Вот что нужно знать, чтобы улучшить свои навыки писателя! Любите литературу? Вот что нужно знать, чтобы улучшить свои навыки писателя!

Что нужно знать будущим писателям о языке письма?

ТехИнсайдер
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
Привет из прошлого Привет из прошлого

Зачем пишут бывшие и что им отвечать?

Лиза
Открыть в приложении