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
Шампанское и селедка: как женщины-сомелье разрушают вкусовые и карьерные стереотипы Шампанское и селедка: как женщины-сомелье разрушают вкусовые и карьерные стереотипы

Как женщины строят карьеры в «мужской» сфере виноделия

Forbes
Обжигаемый Солнцем: экскурсия на Меркурий Обжигаемый Солнцем: экскурсия на Меркурий

Какие же тайны и интересные особенности скрывает Меркурий?

Наука и жизнь
10 признаков, что ты ешь недостаточно белка 10 признаков, что ты ешь недостаточно белка

Проверь, достаточно ли ты употребляешь белка

VOICE
Дерби нового света Дерби нового света

Не будем спорить насчет Запада и Востока, а вот Север и Юг однажды сошлись

Вокруг света
Обитатели пояса Койпера Обитатели пояса Койпера

Какие ещё небесные тела оказались в далёком поясе Койпера?

Наука и жизнь
Атомный шпионаж Атомный шпионаж

Манхэттенскому проект и шпионаж

Дилетант
Между серпом и пухом Между серпом и пухом

Тур на кроссовере марки Jetour до Серпухова и обратно

Автопилот
25 оттенков горечи 25 оттенков горечи

Как воспринимается горечь: в желудке, мозге, сердце и даже мочеполовой системе?

Наука и жизнь
Новый Lexus GX 550 стоил долгого ожидания (обзор) Новый Lexus GX 550 стоил долгого ожидания (обзор)

Lexus GX 550 действительно лучше предыдущего GX460. Причём во всех отношениях

4x4 Club
7 таинственных синдромов, которые не могут объяснить даже величайшие психиатры 7 таинственных синдромов, которые не могут объяснить даже величайшие психиатры

Психические расстройства, про которые ученые не знаю практически ничего

Psychologies
Детектив, боец и вышибала: лучшие фильмы Джейка Джилленхола Детектив, боец и вышибала: лучшие фильмы Джейка Джилленхола

Предлагаем пересмотреть работы Джейка Джилленхола

Правила жизни
10 советов по уборке, которые должны знать все владельцы кошек и собак 10 советов по уборке, которые должны знать все владельцы кошек и собак

Лайфхаки, которые рассказывают о тонкостях уборки в квартире, где живут питомцы

VOICE
«Вот, что мы любим»: как появился фастфуд «Вот, что мы любим»: как появился фастфуд

Бургеры с картошкой фри — неотъемлемая часть истории культуры еды

ТехИнсайдер
Что делать, если пылесос начал неприятно пахнуть: 7 возможных причин и методы их устранения Что делать, если пылесос начал неприятно пахнуть: 7 возможных причин и методы их устранения

Как избавиться от нежелательных запахов, исходящих от вашего пылесоса

ТехИнсайдер
Сила любви Сила любви

Роман Костомаров и Оксана Домнина: одна из самых красивых пар российского спорта

VOICE
Названый брат Названый брат

«Брат 3»: маловразумительный коллаж с продаваемым названием

Weekend
В США появился первый летчик-ас со времен Вьетнама. Вас удивит, на чем он летает В США появился первый летчик-ас со времен Вьетнама. Вас удивит, на чем он летает

Новое пополнение в ряду американских асов. Знакомьтесь, капитан Эрл Ирхарт Пятый

ТехИнсайдер
New Horizons заметила повышенную запыленность Пояса Койпера New Horizons заметила повышенную запыленность Пояса Койпера

Плотность частиц пыли в Поясе Койпера падает медленнее, чем это предсказывают

N+1
Что сексологи никогда не делают в спальне: 7 главных табу Что сексологи никогда не делают в спальне: 7 главных табу

Чего сексологи, основываясь на профессиональном опыте, избегают делать в спальне

Psychologies
«Токсичная подружка» Виталика Бутерина: кто такая Мин Чан и какова ее роль в Ethereum «Токсичная подружка» Виталика Бутерина: кто такая Мин Чан и какова ее роль в Ethereum

Отрывок из книги Лоры Шин «На шифре. Инсайдерская история криптовалютного бума»

Forbes
Пивоварня в квартире: сколько стоит сварить пиво в домашних условиях Пивоварня в квартире: сколько стоит сварить пиво в домашних условиях

Выгодно ли заниматься домашним пивоварением, создавая собственные сорта?

Psychologies
Почему у здоровых людей возникают отеки — и как быстро привести себя в порядок Почему у здоровых людей возникают отеки — и как быстро привести себя в порядок

По какой причине отеки появляются даже в том случае, если ты ничем не болеешь

VOICE
Смех и слезы: как работает провокативная психотерапия Смех и слезы: как работает провокативная психотерапия

Провокативная психотерапия: почему она работает, может ли она травмировать?

Psychologies
«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
Приправы и специи Приправы и специи

Специи и приправы не только согревают, но и обладают уникальными свойствами

Здоровье
Идеальный стейк для настоящего мужчины Идеальный стейк для настоящего мужчины

Умение готовить стейк легко освоить. Главное – знать несколько нюансов

Лиза
Белла из ведьминого вяза: самое загадочное английское убийство, которое не смогли раскрыть лучшие сыщики королевства Белла из ведьминого вяза: самое загадочное английское убийство, которое не смогли раскрыть лучшие сыщики королевства

Рассказываем леденящую историю убийства в Бирмингеме в середине XX века

VOICE
Едем дома Едем дома

Автомобилизация жилища и одомашнивание автомобиля

Автопилот
Павел Басинский: «Если бы я сейчас писал книгу об уходе Толстого, то совсем по-другому» Павел Басинский: «Если бы я сейчас писал книгу об уходе Толстого, то совсем по-другому»

Про Сорокина я тоже писал плохо, и он меня грохнул в своей повести

Коллекция. Караван историй
Открыть в приложении