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

Какие ещё небесные тела оказались в далёком поясе Койпера?

Наука и жизнь
Как стать счастливее? Совет эксперта: сделайте жизнь более креативной! Как стать счастливее? Совет эксперта: сделайте жизнь более креативной!

По-настоящему креативные люди делают творчество неотъемлемой частью жизни

ТехИнсайдер
Цикличность большого взрыва Цикличность большого взрыва

Каков физический механизм Большого взрыва?

Наука и жизнь
57-летний мужчина, перенесший пересадку сердца, стал самым долгоживущим реципиентом 57-летний мужчина, перенесший пересадку сердца, стал самым долгоживущим реципиентом

Мужчина стал самым долгоживущим реципиентом сердца

ТехИнсайдер
Альберт Эйнштейн и Нильс Бор Альберт Эйнштейн и Нильс Бор

Элементы сравнительного жизнеописания

Наука и жизнь
Учительница в США взимает со школьников «аренду» за место за партой! Бизнес или воспитание? Учительница в США взимает со школьников «аренду» за место за партой! Бизнес или воспитание?

Как в США преподавательница создала симуляцию экономики для своих учеников

ТехИнсайдер
Русская красавица Русская красавица

Как выглядела и что носила стереотипная русская красавица

Дилетант
Манимания Манимания

Некоторые из нас способны успешно решать финансовые вопросы, а другие наоборот

Psychologies
Шерше ля фам Шерше ля фам

Женщины принимали очень активное участие во Французской революции

Дилетант
Как сделать маленькую спальню больше: 12 простых лайфхаков Как сделать маленькую спальню больше: 12 простых лайфхаков

Что может сделать спальню визуально больше?

VOICE
Ты точно его слушаешь: Кто такой MACAN? Ты точно его слушаешь: Кто такой MACAN?

Чем MACAN так нас всех зацепил?

ЖАРА Magazine
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
Крик-менеджмент вместо эффективной стройки Крик-менеджмент вместо эффективной стройки

В чем особенности российской стройки и какова ее эффективность?

Монокль
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
Последний поход генерала Юденича Последний поход генерала Юденича

Осенью 1919 года гражданская война в России достигла кульминации

Дилетант
Как наложить музыку на фото: приложения для качественной обработки в 2024 году Как наложить музыку на фото: приложения для качественной обработки в 2024 году

Как наложить музыку на фото на андроиде, айфоне и с компьютера

CHIP
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
Как проверить SSD: оцениваем оставшийся срок жизни накопителя Как проверить SSD: оцениваем оставшийся срок жизни накопителя

Как узнать, сколько осталось «жить» вашему SSD

ТехИнсайдер
Как вирусы могут изменить океан и помочь в борьбе с глобальным потеплением Как вирусы могут изменить океан и помочь в борьбе с глобальным потеплением

Ученые сосредоточились на вирусах, помогающих улавливать углекислый газ в море

ТехИнсайдер
Люди с сидячей работой проводят менее одного часа на ногах — вот чем это чревато Люди с сидячей работой проводят менее одного часа на ногах — вот чем это чревато

Каждый третий удаленный сотрудник стоит всего 10 минут в день, а то и меньше!

ТехИнсайдер
10 ошибок при организации кухни, которых следует избегать: мнение экспертов 10 ошибок при организации кухни, которых следует избегать: мнение экспертов

Что можно скорректировать, сделав кухню гораздо удобнее и красивее

VOICE
«Есть у меня один человечек»: 5 особенностей речи, которые выдадут в вас недалекого человека «Есть у меня один человечек»: 5 особенностей речи, которые выдадут в вас недалекого человека

Давно ли вы анализировали свои речевые привычки: о чем и как вы любите говорить?

Psychologies
Первые или никакие: почему мы проиграли лунную гонку Первые или никакие: почему мы проиграли лунную гонку

Проект пилотируемой экспедиции на Луну не стал в СССР национальным приоритетом

Монокль
Я — сноб: художник Егор Кошелев Я — сноб: художник Егор Кошелев

Художник Егор Кошелев — об опасности снобизма в искусстве

СНОБ
Кундалини-йога приносит уникальную пользу мозгу Кундалини-йога приносит уникальную пользу мозгу

12-недельный курс кундалини-йоги принес испытуемым ряд ощутимых преимуществ

ТехИнсайдер
Красота по-японски Красота по-японски

В чем суть ключевых понятий японской эстетики?

Вокруг света
Кто такие треш-стримеры и за что их наказывают Кто такие треш-стримеры и за что их наказывают

Отныне популярным блогерам больше не удастся уходить от ответственности

Maxim
Начать и кончить Начать и кончить

Искусство любви — это целая наука, в которой всегда можно открыть что-то новое

Men Today
18+: 5 самых интересных эротических романов последних лет 18+: 5 самых интересных эротических романов последних лет

Подборка книг, авторы которых не боятся писать об интригующих сторонах отношений

Maxim
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
Открыть в приложении