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

Плутон. В долине гранатовых «льдов» Плутон. В долине гранатовых «льдов»

Что могли бы увидеть земляне, оказавшись посреди гладких льдов Плутона?

Наука и жизнь
Подождите выбрасывать: 10 гениальных идей, что можно сделать из старой шторки для душа Подождите выбрасывать: 10 гениальных идей, что можно сделать из старой шторки для душа

Несколько потрясающих идей необычных методов использования душевой занавески

ТехИнсайдер
Обжигаемый Солнцем: экскурсия на Меркурий Обжигаемый Солнцем: экскурсия на Меркурий

Какие же тайны и интересные особенности скрывает Меркурий?

Наука и жизнь
Почему машина дергается при разгоне: 15 возможных причин Почему машина дергается при разгоне: 15 возможных причин

На что обратить внимание, если машину дергает?

ТехИнсайдер
Золотое учение Золотое учение

Иравади, главная река Мьянмы, пересекает страну с севера на юг

Вокруг света
Моя вторая мама? Моя вторая мама?

Как выстраивать отношения со свекровью, не ломая себя

Лиза
Сумасшедший Назимов Сумасшедший Назимов

Три произведения, которым удалось вернуть правильные имена лишь спустя много лет

Дилетант
Что за «Прелесть»: каким получился сериал с Олегом Меньшиковом о криминальной России Что за «Прелесть»: каким получился сериал с Олегом Меньшиковом о криминальной России

Зачем смотреть «Прелесть» — историю о призраках прошлого и демонах настоящего?

Forbes
Сахаров: портрет на фоне эпохи Сахаров: портрет на фоне эпохи

Что заставило академика Сахарова вступить в противостояние с политбюро и КГБ?

Дилетант
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
5 самых абсурдных теорий заговора про знаменитостей. Часть III 5 самых абсурдных теорий заговора про знаменитостей. Часть III

Что масоны и рептилоиды скрывают о наших кумирах…

Maxim
Акупунктура облегчила симптомы посттравматического стрессового расстройства Акупунктура облегчила симптомы посттравматического стрессового расстройства

Исследование: иглоукалывание помогает облегчить симптомы ПТСР

N+1
Быть боссом — опасно для здоровья! Вот почему деньги не стоят того Быть боссом — опасно для здоровья! Вот почему деньги не стоят того

Стресс на руководящей должности может сократить продолжительность жизни

ТехИнсайдер
6 признаков инфантильного партнера 6 признаков инфантильного партнера

Несколько подсказок, которые помогут определить эмоциональную незрелость

Psychologies
Телу — время Телу — время

«В теле убийцы»: лихой корейский триллер о рокировке убийцы и полицейского

Weekend
Почему мы думаем, что не заслуживаем счастья: 6 причин Почему мы думаем, что не заслуживаем счастья: 6 причин

Откуда берется это ощущение — «я недостоин хорошей жизни/благополучия»?

Psychologies
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
Тропические леса Амазонки могут достичь «переломного момента» к 2050 году Тропические леса Амазонки могут достичь «переломного момента» к 2050 году

Лес перешел безопасную границу и нуждается в восстановлении

ТехИнсайдер
Мерцание светодиодных ламп: вредно ли и как его проверить? Мерцание светодиодных ламп: вредно ли и как его проверить?

Как понять, мерцают ли лампы в световых приборах?

CHIP
Ослепительная четверка Ослепительная четверка

Эти женщины вершили китайскую историю, губили и спасали царств

Вокруг света
Когда и как нужно мыть машину? Когда и как нужно мыть машину?

Как лучше всего мыть машину?

4x4 Club
Идеальный стейк для настоящего мужчины Идеальный стейк для настоящего мужчины

Умение готовить стейк легко освоить. Главное – знать несколько нюансов

Лиза
10 признаков того, что в школе в 1990-е годы вы были отличником 10 признаков того, что в школе в 1990-е годы вы были отличником

Что общего в опыте тех, кто в 1990-е учился на «хорошо» и «отлично»?

Psychologies
Зимний сад Зимний сад

Какие живые цветы будут красиво смотреться в вазе зимой

Лиза
Без паники! Без паники!

Признаки хронического стресса, о которых ты вряд ли догадывалась

Лиза
Литва от моря и до моря Литва от моря и до моря

История Литвы: от первого правителя до образования Речи Посполитой

Дилетант
Паукообразные обезьяны повторили мимику сородичей во время игры Паукообразные обезьяны повторили мимику сородичей во время игры

У людей нечеловеческих приматов есть так называемое игровое лицо

N+1
Ругайтесь на здоровье: 2 аргумента в пользу ссор в паре Ругайтесь на здоровье: 2 аргумента в пользу ссор в паре

Мужья и жены, которые спорят до хрипоты, живут дольше тех, кто подавляет гнев

Psychologies
Возможно ли употреблять слишком много антиоксидантов Возможно ли употреблять слишком много антиоксидантов

Исследования показывают, что большие дозы антиоксидантов могут быть вредными

ТехИнсайдер
Пыль метеорита и фрагменты Эйфелевой башни: 10 самых интересных медалей Олимпиад Пыль метеорита и фрагменты Эйфелевой башни: 10 самых интересных медалей Олимпиад

Олимпийские медали претерпели немало изменений, а некоторые вошли в историю

Forbes
Открыть в приложении