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

Вопрос-ответ Вопрос-ответ

Откуда взялась Луна, заразен ли рак и другие вопросы

Вокруг света
Правило «2-2-2»: как паре стать счастливее с помощью простых ритуалов Правило «2-2-2»: как паре стать счастливее с помощью простых ритуалов

Отношения с партнером превратились в рутину?

Psychologies
Обжигаемый Солнцем: экскурсия на Меркурий Обжигаемый Солнцем: экскурсия на Меркурий

Какие же тайны и интересные особенности скрывает Меркурий?

Наука и жизнь
Закрой холодильник! Закрой холодильник!

Как перестать есть по ночам

Лиза
Семинарист, журналист, революционер Семинарист, журналист, революционер

У Булгакова Петлюра предстаёт персонажем мистическим, почти Антихристом

Дилетант
Око за оком Око за оком

Ослепление противников практиковалось с древнейших времён

Дилетант
Книга ангела Книга ангела

Келлская книга: элементы христианской и языческой кельтской культуры

Вокруг света
Прорыв или пиар: что представляют собой мозговые имплантаты от Илона Маска Прорыв или пиар: что представляют собой мозговые имплантаты от Илона Маска

Компания Neuralink недавно вживила свое первое устройство в мозг пациента

Forbes
Вселенная, пульсирующая в чёрной дыре Вселенная, пульсирующая в чёрной дыре

Происхождение Вселенной всегда волновало людей

Наука и жизнь
Женская линия Женская линия

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

Psychologies
Чем закусывать напитки из «Москвы — Петушков»: советы сомелье Чем закусывать напитки из «Москвы — Петушков»: советы сомелье

Гастрономические пары к напиткам из поэмы Венедикта Ерофеева

СНОБ
Как вывести пятна косметики с одежды: от тональника и помады не останется и следа Как вывести пятна косметики с одежды: от тональника и помады не останется и следа

Есть несколько рабочих методов, как отстирать следы декоративной косметики

ТехИнсайдер
Шок-контент Шок-контент

Вездеход здорового горожанина

Автопилот
Алексей Левинсон — Forbes: «Нет гражданского общества, но гражданские чувства есть» Алексей Левинсон — Forbes: «Нет гражданского общества, но гражданские чувства есть»

Резонансные события позволили россиянам проявить свои гражданские чувства

Forbes
Голубые глаза оказались лучше приспособлены к тусклому свету по сравнению с карими Голубые глаза оказались лучше приспособлены к тусклому свету по сравнению с карими

Цвет радужки у людей влияет на то, как глаза воспринимают свет

N+1
Тесты, эзотерика, нейропомощники: каким стал рынок онлайн-знакомств Тесты, эзотерика, нейропомощники: каким стал рынок онлайн-знакомств

Разбираемся в рынке онлайн-знакомств с помощью экспертов

РБК
4 проверенных способа не срываться на детей 4 проверенных способа не срываться на детей

Как вернуть в общение с детьми радость?

Psychologies
Почему четвертый сезон «Настоящего детектива» получился хуже некуда? Почему четвертый сезон «Настоящего детектива» получился хуже некуда?

Пять причин не смотреть новый сезон «Настоящего детектива»

Maxim
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
Коломеец и Ко. Молодые режиссеры, за которыми стоит следить в этом году Коломеец и Ко. Молодые режиссеры, за которыми стоит следить в этом году

Фильмы каких российских режиссеров стоит посмотреть?

СНОБ
«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
Ученые узнали эволюционное преимущество сплетен Ученые узнали эволюционное преимущество сплетен

Сплетни могут принести пользу социальным кругам

ТехИнсайдер
Вы — Дюма с Венерой во Льве: пятиминутный путеводитель по способам типирования личности Вы — Дюма с Венерой во Льве: пятиминутный путеводитель по способам типирования личности

Соционика, астрология, психоматрица: по чему именно сходят с ума доверчивые люди

Правила жизни
10 фильмов Берлинале 10 фильмов Берлинале

Программа Берлинале–‍2024 выглядит сильнейшей за годы

Weekend
«Моя Римская империя»: почему в трудных ситуациях наши мысли фокусируются на чем-то странном и как это нам помогает «Моя Римская империя»: почему в трудных ситуациях наши мысли фокусируются на чем-то странном и как это нам помогает

Как зародился феномен «Моя Римская империя» и чем он полезен (или вреден)?

Psychologies
На что похож процесс смерти: врач объясняет, что знает наука На что похож процесс смерти: врач объясняет, что знает наука

Кэтрин Мэнникс рассказывает о нескольких шагах в путешествии тела перед смертью

ТехИнсайдер
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
Казус Донского Казус Донского

Как завещание Дмитрия Донского привело к междусобице на Руси

Дилетант
Как появился, зачем и почему именно в феврале: астроном Владимир Сурдин о «високосном» дне 29 февраля Как появился, зачем и почему именно в феврале: астроном Владимир Сурдин о «високосном» дне 29 февраля

Как в календаре появился «лишний день» и зачем он нужен?

СНОБ
Почему обезьяны все чаще нападают на людей в Таиланде, Японии и Индии Почему обезьяны все чаще нападают на людей в Таиланде, Японии и Индии

Почему макаки нападают на людей? Восстание обезьян началось?

ТехИнсайдер
Открыть в приложении