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
Об особенностях «межгалактического общения» Об особенностях «межгалактического общения»

Мерджинг можно определить как вид взаимодействия галактик

Наука и техника
Обжигаемый Солнцем: экскурсия на Меркурий Обжигаемый Солнцем: экскурсия на Меркурий

Какие же тайны и интересные особенности скрывает Меркурий?

Наука и жизнь
Madonna Madonna

Madonna — самая коммерчески успешная певица в истории мировой музыки

ЖАРА Magazine
Мифы и факты: что открыл Галилео Галилей Мифы и факты: что открыл Галилео Галилей

В чем ошибся Галилей

Вокруг света
«Встречая нас за кулисами, Раневская сокрушалась: «Как я сегодня плохо играла!» «Встречая нас за кулисами, Раневская сокрушалась: «Как я сегодня плохо играла!»

«Я к вам больше не приду никогда. Потому что в вашем доме книги — пленницы»

Коллекция. Караван историй
Алгебра гармонии Алгебра гармонии

«Тайная вечеря» Дали — картина, построенная на пропорциях мировой гармонии

Вокруг света
Станция «Динамо» Станция «Динамо»

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

Лиза
Идти навстречу светилу! Идти навстречу светилу!

История института солнечно-земной физики уходит корнями в докосмическую эру

Наука и жизнь
Как спят морские млекопитающие Как спят морские млекопитающие

Как животные, которым нужно дышать воздухом, умудряются спать под водой?

ТехИнсайдер
Несущая смерть Несущая смерть

Как Горгона обращала людей в камень и могло ли существовать подобное «биооружие»

Вокруг света
Как стать чемпионкой по плаванию, если у тебя вместо ног баскетбольный мяч: невероятная  история малышки Киан Цянь Как стать чемпионкой по плаванию, если у тебя вместо ног баскетбольный мяч: невероятная  история малышки Киан Цянь

История Киан Цянь — пример того, как неукротимое желание может побороть судьбу

ТехИнсайдер
В мозге и крови при алкоголизме увидели признаки биологического старения В мозге и крови при алкоголизме увидели признаки биологического старения

В работе использовали двое эпигенетических часов и три биомаркера

N+1
Тело говорит: откуда берутся психосоматические заболевания Тело говорит: откуда берутся психосоматические заболевания

Какой беспорядок способна создать психологическая травма в теле человека?

Forbes
Для чего нужен «лосиный тест» и как он помог Toyota? Для чего нужен «лосиный тест» и как он помог Toyota?

Из всех существующих автомобильных испытаний, наиболее известен «тест лося»

4x4 Club
Равнение на грудь. Как ее подтянуть, увеличить и сделать более упругой Равнение на грудь. Как ее подтянуть, увеличить и сделать более упругой

Придать груди красивую форму можно и без пластических операций

Лиза
Как (не) работают книги по саморазвитию и самопомощи: мнение людей с депрессией Как (не) работают книги по саморазвитию и самопомощи: мнение людей с депрессией

Насколько эффективны книги по самопомощи? Что стоит учитывать при их выборе?

Psychologies
Времена меняются Времена меняются

Центральные банки должны изменить политику и подходы, чтобы быть эффективными

Деньги
Чемоданные построения Чемоданные построения

Как Сергей Довлатов конвертировал внутреннюю эмиграцию во внешнюю

Weekend
Кровные и кровавые Кровные и кровавые

Как ошибки отцов и дедов приводили к войнам между их сыновьями и внуками

Дилетант
Где-то есть счастливые копии нашей Вселенной. О новом фильме «Прошлые жизни» Где-то есть счастливые копии нашей Вселенной. О новом фильме «Прошлые жизни»

О том, какие культурные уровни спрятаны в мелодраме «Прошлые жизни»

СНОБ
Меняю стресс на секс: почему россияне покупают товары для взрослых охотнее алкоголя Меняю стресс на секс: почему россияне покупают товары для взрослых охотнее алкоголя

С помощью чего взрослые россияне справляются со стрессом?

Forbes
Как спасти машину, заглохшую на переезде: 5 разных сценариев Как спасти машину, заглохшую на переезде: 5 разных сценариев

Что делать, если автомобиль заглох на переезде?

ТехИнсайдер
5 фактов о певце Macan — новом символе русского рэпа 5 фактов о певце Macan — новом символе русского рэпа

Что скрывается за пацанской эстетикой? Разбираемся на примере интервью Macan

Psychologies
6 самых жестоких и изобретательных маньяков в мире, от которых в жилах стынет кровь 6 самых жестоких и изобретательных маньяков в мире, от которых в жилах стынет кровь

Они не выдуманные киношные персонажи, а самые что ни на есть настоящие злодеи

Psychologies
Источник счастья Источник счастья

Отмечаем международный женский день в термах

Лиза
Татьяна Кравченко: «Я сейчас абсолютно довольна своим одиночеством. Не стала ни для кого музой» Татьяна Кравченко: «Я сейчас абсолютно довольна своим одиночеством. Не стала ни для кого музой»

«На третьих «Сватах» я влюбилась в Федора Добронравова. Но зря я открылась ему»

Караван историй
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
Брачная история: как сериал «Мистер и миссис Смит» обманывает ожидания зрителей Брачная история: как сериал «Мистер и миссис Смит» обманывает ожидания зрителей

Чего не хватает новому сериалу «Мистер и миссис Смит»

Forbes
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
Открыть в приложении