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

Непростые отношения Непростые отношения

Сегодня у нас — некоторые трудности глагольного словоизменения

Наука и жизнь
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
Когда медицинские практики прошлого у нас в крови… Когда медицинские практики прошлого у нас в крови…

На протяжении почти 2000 лет для лечения болезней использовалось кровопускание

Знание – сила
Вера Алентова: «Мы с Меньшовым совершенно разные: он человек «да», а я человек «нет» Вера Алентова: «Мы с Меньшовым совершенно разные: он человек «да», а я человек «нет»

Вера Валентиновна Алентова о своей жизни накануне 70-летия

Караван историй
Саксаулы вместо волн Саксаулы вместо волн

Аральское море сегодня стало символом экологической катастрофы

Вокруг света
Почему некоторые люди едят, что хотят, и не толстеют? Узнайте ответ экспертов! Почему некоторые люди едят, что хотят, и не толстеют? Узнайте ответ экспертов!

В чем секрет всеядных людей, которые не толстеют?

ТехИнсайдер
Сегодня в меню: почему кинематограф стал одержим темой еды Сегодня в меню: почему кинематограф стал одержим темой еды

В последние годы кино и телевидение буквально захватили гастрономические проекты

Правила жизни
Если случится ядерная зима, человечество спасут от голода плантации водорослей Если случится ядерная зима, человечество спасут от голода плантации водорослей

Альтернативный источник питания, который может спасти огромное количество жизней

ТехИнсайдер
«Смерть и другие подробности»: почему новый детективный сериал не впечатляет зрителей «Смерть и другие подробности»: почему новый детективный сериал не впечатляет зрителей

Кинокритик рассказывает про сериал о пожилом сыщике и его неожиданной помощнице

Forbes
«Это не эгоизм!»: 3 шага, чтобы начать заботиться о себе «Это не эгоизм!»: 3 шага, чтобы начать заботиться о себе

Именно забота о себе помогает выдерживать интенсивный ритм жизни

Psychologies
Соусы и маринады Соусы и маринады

Авторские версии маринадов, с которыми вкус мяса заиграет новыми красками

Bones
«Бедной никогда не была. Скромной — тоже». Правда и мифы о Фаине Раневской «Бедной никогда не была. Скромной — тоже». Правда и мифы о Фаине Раневской

Дружба с великой актрисой была и большим счастьем, и серьезным испытанием

Коллекция. Караван историй
Новый тренд в питании: атлантическая диета — основные принципы и примеры блюд Новый тренд в питании: атлантическая диета — основные принципы и примеры блюд

Атлантическая диета: чем она может быть полезна для здоровья?

Psychologies
«Свет во тьме. Черные дыры, Вселенная и мы» «Свет во тьме. Черные дыры, Вселенная и мы»

Зачем ученые объединяют радиосигналы телескопов

N+1
Лучшие способы «сдуться», если накануне ты съела слишком много Лучшие способы «сдуться», если накануне ты съела слишком много

Никак не могла перестать есть и теперь чувствуешь себя так себе?

VOICE
Сверхмассивные черные дыры помогли компактным галактикам ранней Вселенной активно порождать звезды Сверхмассивные черные дыры помогли компактным галактикам ранней Вселенной активно порождать звезды

Изучение связи между галактиками и их сверхмассивными черными дырами

N+1
Следы птиц на мокрой глине Следы птиц на мокрой глине

Впервые слово «клинопись» употребил в 1700 году британский востоковед Томас Хайд

Знание – сила
Будущее в настоящем Будущее в настоящем

Искусственный интеллект: ожидания, страхи, реальность

Men Today
Тянем-потянем Тянем-потянем

8 упражнений на растяжку для начинающих

Лиза
Что нужно делать, чтобы укрепить слабую сторону тела: простая инструкция! Что нужно делать, чтобы укрепить слабую сторону тела: простая инструкция!

Замечали, что ваше тело развито несимметрично?

ТехИнсайдер
Замасливание пупка: как работает экзотический тренд и помогает ли он похудеть Замасливание пупка: как работает экзотический тренд и помогает ли он похудеть

Может ли простое масло помочь похудеть и лучше себя чувствовать?

VOICE
Финансовые трудности: что компаниям нужно знать о процедуре юридического банкротства, как сделать и для чего Финансовые трудности: что компаниям нужно знать о процедуре юридического банкротства, как сделать и для чего

Какие существуют основные плюсы и минусы, связанные с банкротством предприятий

Inc.
Извините, подвиньтесь Извините, подвиньтесь

Самые красивые актеры российского кино, которые могут потеснить признанных звезд

Лиза
Сельское хозяйство ускоряет жизнь целых экосистем Сельское хозяйство ускоряет жизнь целых экосистем

Как сельскохозяйственные угодья влияют на сообщества организмов?

ТехИнсайдер
«Театр уж полон, ложи блещут...» Традиции и правила для посетителей театра XIX века «Театр уж полон, ложи блещут...» Традиции и правила для посетителей театра XIX века

Сборы в театр — важная часть времяпрепровождения светского человека XIX века

Караван историй
«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
Тактильные часы Готфрида Вильгельма Лейбница Тактильные часы Готфрида Вильгельма Лейбница

Текст и рисунки рукописи Лейбница относятся к часам оригинальной конструкции

Наука и жизнь
Кровь, пот и слезы Кровь, пот и слезы

Рамиль Мехдиев о том, как он открыл для себя новую страницу

Men Today
Отец медицины: кто такой Гиппократ и почему врачи обязаны давать ему клятву Отец медицины: кто такой Гиппократ и почему врачи обязаны давать ему клятву

Кто такой Гиппократ и действительно ли он писал текст своей клятвы?

ТехИнсайдер
Практические вопросы: Как подобрать моторное масло? Практические вопросы: Как подобрать моторное масло?

Менять масло по пробегу? В зависимости от условий эксплуатации? И другие вопросы

4x4 Club
Открыть в приложении