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

Цикличность большого взрыва Цикличность большого взрыва

Каков физический механизм Большого взрыва?

Наука и жизнь
Кульницы, мишурники и уррнака. «Питерские монстры» Веры Сороки Кульницы, мишурники и уррнака. «Питерские монстры» Веры Сороки

Сказки для взрослых, герои которых держат магазин неизданных и недописанных книг

СНОБ
Собирание земель русских Собирание земель русских

Кто поверит, что на месте Уральских гор когда-то плескался океан?

Вокруг света
«На маяк» Вирджинии Вулф — модернистский роман о семье и времени «На маяк» Вирджинии Вулф — модернистский роман о семье и времени

О романе «На маяк» английской писательницы Вирджинии Вулф

СНОБ
Обитатели пояса Койпера Обитатели пояса Койпера

Какие ещё небесные тела оказались в далёком поясе Койпера?

Наука и жизнь
Любовь Аркус — Forbes: «Женщина тащит весь груз, который природа ей предоставляет» Любовь Аркус — Forbes: «Женщина тащит весь груз, который природа ей предоставляет»

Режиссер Любовь Аркус — как честно высказываться в условиях цензуры

Forbes
Полюбить себя Полюбить себя

Ваше тело делает всё возможное, чтобы как можно лучше вам служить

Yoga Journal
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
Переосмысление лидерства и возвращение идеологии: что обещает Си Цзиньпин Переосмысление лидерства и возвращение идеологии: что обещает Си Цзиньпин

XX съезд Компартии Китая зафиксировал международную турбулентность

Эксперт
Как отказаться от достигаторства и начать жить: 6 советов Как отказаться от достигаторства и начать жить: 6 советов

Как начать ценить свое время и свою жизнь вне карьеры?

Psychologies
Как узнать, как вы записаны в телефоне у другого человека. 2 приложения и 3 способа Как узнать, как вы записаны в телефоне у другого человека. 2 приложения и 3 способа

Легально ли узнавать, как вы записаны в телефоне у другого человека?

Цифровой океан
5 фраз, которые выдают в вас человека с детскими травмами 5 фраз, которые выдают в вас человека с детскими травмами

Используете ли вы словосочетания, по которым можно выявить травмы?

Psychologies
39-летняя иранка стала «Мисс Германия — 2024»: как это изменит наши представления о красоте 39-летняя иранка стала «Мисс Германия — 2024»: как это изменит наши представления о красоте

Может ли один конкурс красоты в Германии повлиять на стандарты красоты в мире?

Psychologies
Северные плавуны освоили мелководье и научили этому других Северные плавуны освоили мелководье и научили этому других

Освоение северными плавунами мелководья может быть культурной традицией

N+1
Новые французы Новые французы

Франция снова в гастрономическом тренде

Bones
Глянец маленьких лебедей Глянец маленьких лебедей

О том, как Трумен Капоте предал светских львиц Нью-Йорка

Weekend
«Ренессанс политического ислама заканчивается» «Ренессанс политического ислама заканчивается»

Страны Ближнего Востока будут все больше осознавать свою субъектность

Монокль
Автосохранение Автосохранение

Проекты советских гаражей столетней давности

Автопилот
Плавучий Диснейленд: как выглядят самые необычные круизные корабли в мире Плавучий Диснейленд: как выглядят самые необычные круизные корабли в мире

Как зарождалась популярность круизов и какие лайнеры проектируют сегодня

Forbes
Зоны платных парковок в Санкт-Петербурге: где на карте и как пользоваться Зоны платных парковок в Санкт-Петербурге: где на карте и как пользоваться

Где работают платные автомобильные парковки в Санкт-Петербурге

РБК
Не только футбол: как «Супербоул» дал исполнителям «крупнейшую в мире сцену» для продвижения — причём бесплатно Не только футбол: как «Супербоул» дал исполнителям «крупнейшую в мире сцену» для продвижения — причём бесплатно

Почему «Супербоул» так важен для современных музыкальных исполнителей?

VC.RU
4 черты мужского характера, на которые женщинам бессмысленно обижаться 4 черты мужского характера, на которые женщинам бессмысленно обижаться

Четыре типичные «неприятные» черты мужского характера

Maxim
Кто такие нормисы и чем они отличаются от остальных людей Кто такие нормисы и чем они отличаются от остальных людей

Нормис — это оскорбление или комплимент?

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
Упаковка меняет имя Упаковка меняет имя

Как меняются производители упаковочных материалов

Деньги
Как подтянуть дряблую кожу после похудения? Вот что посоветовали эксперты! Как подтянуть дряблую кожу после похудения? Вот что посоветовали эксперты!

Как вы можете улучшить состояние своей кожи после потери веса?

ТехИнсайдер
«Ландшафты мозга. Об удивительных искаженных картах нашего мозга и о том, как они ведут нас по жизни» «Ландшафты мозга. Об удивительных искаженных картах нашего мозга и о том, как они ведут нас по жизни»

Как развиваются зоны мозга, отвечающие за восприятие предметов

N+1
«Ты меня никогда не любила»: 4 совета для родителей, которые слышат такое от взрослых детей «Ты меня никогда не любила»: 4 совета для родителей, которые слышат такое от взрослых детей

Как отвечать на обвинения ребенка — и стоит ли принимать их всерьез?

Psychologies
Дмитрий Харатьян: «Я такой, какой есть, просто живу и радуюсь» Дмитрий Харатьян: «Я такой, какой есть, просто живу и радуюсь»

«Как актер в кино и театре я всегда создаю образ другого человека, персонажа»

Караван историй
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
Открыть в приложении