Нобелевские лауреаты: Янг Чжэньнин

О нарушении симметрии в квантовом мире, о ныне живущем нобелевском лауреате, который женился в 82 года во второй раз, и о том, как ему помогла война Китая с Японией, рассказывает новый выпуск рубрики «Как получить Нобелевку».

Приступая к освещению Нобелевской премии по физике 1957 года, мы переходим важнейший рубеж, к которому шли два с лишним года. Дело в том, что сегодня мы шаг за шагом дошли до той премии (не считая внеочередных случаев с Карло Руббиа, Стэнли Прузинером или Харальдом цур Хаузеном), лауреат которой жив по сей день. Более того, в случае с нынешней премией история и вовсе уникальная: оба ее лауреата живы. Есть в этой премии и еще одно «впервые» — в первый раз высшую научную награду получили китайцы, пусть и работающие на тот момент в США. Итак, начнем — и начнем по старшинству: Янг (или Ян, как правильно писать по транскрипционной системе Палладия, принятой в России) «Франклин» Чжэньнин.

Янг Чжэньнин

Родился 1 октября 1922 года, Хэфэй, Китай

Нобелевская премия по физике 1957 года (1/2 премии, совместно с Ли Чжэндао). Формулировка Нобелевского комитета: «За проницательное исследование так называемых законов четности, которое привело к важным открытиям в физике элементарных частиц (for their penetrating investigation of the so-called parity laws which has led to important discoveries regarding the elementary particles)».

Янг Чжэньнин родился в далеком 1922 году в Китае, в Хэфэе в провинции Аньхой. Тогда многодетные семьи в Поднебесной не были редкостью — и Чжэньнин был старшим из пяти детей профессора математики Яна Кэчуаня и его супруги, домохозяйки Ло Мэнхуа. Когда мальчику исполнилось семь лет, вся семья переехала в столицу, где отец получил должность в Университете Цзинхуа.

Предполагалось, что проявлявший талант к математике и физике Янг поступит в столичный университет, но судьба распорядилась иначе. «Не было бы счастья, да несчастье помогло». В 1937 году Япония вторглась в Китай, и университеты эвакуировали из столицы. Так в горном Юго-Западном Китае три университета объединились в сильнейший Юго-Западный объединенный университет. Именно там и учился наш герой. Каков там был уровень преподавания? Вот вам маленький пример: будущий нобелевский лауреат профессор Субраманьян Чандрасекар прилетал туда читать лекции из Чикаго. И именно там Янг познакомился с Ли Чжэндао.

В 1942 году Янг становится бакалавром с теоретической работой по теории групп и молекулярным спектрам, в 1944-ом — магистром с диссертацией о статистической теории переходов от упорядоченности к неупорядоченному состоянию. А в следующем году он получает стипендию на продолжение научной работы в Чикаго — под руководством еще одного будущего Нобелевского лауреата, Энрико Ферми. Вообще, нужно сказать, что Янг всю жизнь был окружен великими физиками. Например, его PhD оппонировал не кто иной, как будущий «отец водородной бомбы» Эдвард Теллер. Работа «Об угловом распределении в ядерных реакциях и измерениях совпадений» была защищена блестяще.

В 1950 году Янг женился (кстати, как и Ли). Свою супругу, Чи Ли Ту, он встретил, когда преподавал математику в ее средней школе. У них трое детей: Франклин (1951 года рождения), Гилберт (1958) и Эйли (1961). Ту скончалась в 2003 году, а 82-летний Янг женился в 2004-ом на 28-летней Вэн Фань. Зеркальная симметрия!

Но мы отвлеклись. В 1955 году Янг становится профессором Университета Стони-Брук в Нью-Йорке. Именно там он начал работу, которая всего за два года приведет его к Нобелевской премии. Он снова начал общаться с Ли и обсуждать интересную физическую проблему — проблему сохранения четности.

Что это такое? В квантовой механике каждая частица или система частиц описывается определенным математическим выражением, которое носит название волновой функции. Зеркальное отражение ведет к замене пространственных координат х, y, z на –х, –y, –z. Если при этом знак функции меняется на противоположный, то четность частицы или системы равна –1 (нечетная). Если же функции не меняются, то четность равна +1 (четная). Закон сохранения четности, впервые сформулированный в 1925 году Вольфгангом Паули, утверждал, что общая четность (произведение четностей всех участвующих частиц) одинакова как до, так и после взаимодействия.

Уже в 1956 году Янг и Ли поняли, что четность может не сохраняться при слабых взаимодействиях. Однако в это не могли поверить: Вселенная различает «право» и «лево»? Но проверить это было просто. Еще одна китаянка, Ву Цзяньсюн по прозвищу Мадам Ву, в том же году поставила эксперимент, в котором она поместила радиоактивный изотоп кобальта (кобальт-60) внутрь электромагнита и охладила его до температуры, близкой к абсолютному нулю, дабы свести до минимума влияние теплового движения. Кобальт распадается по бета-распаду, при котором один из протонов превращается в нейтрон, испуская электроны и нейтрино. Поскольку атомы ведут себя как маленькие магниты, их спины параллельны электромагнитному полю, задающему определенную ориентацию. Если бы четность сохранялась при радиоактивном распаде кобальта, являющемся слабым взаимодействием, то в направлении северного и южного полюсов магнита вылетало бы равное число испускаемых электронов. Однако оказалось, что больше электронов вылетает с южного конца. Четность не сохранялась.

Эксперимент был настолько простым, что его очень быстро повторили другие группы и подтвердили правоту Янга и Ли.

Результат эксперимента был оглушительным. То, что рухнул один из законов сохранения (и это подтвердили многочисленные повторы эксперимента Ву), привело к стремительному награждению Янга и Ли Нобелевской премией по физике (Ли в свои 30 лет стал одним из самых молодых лауреатов). А что же Мадам Ву? Ей сказали «спасибо», отметили в представлении лауреатов — но самой премию не дали. А так бы могла стать второй в истории физиком-нобелиатом женского пола. Статус премии позволял. Но увы. Правда, в 1978 году Ву отметили — она стала первым в истории лауреатом премии Вольфа. Не Нобель, но хоть что-то.

Впрочем, наши герои в этом невиновны. Во время представления лауреатов на Нобелевском банкете прозвучало следующее: «Результат их [Янга и Ли] исследования оказался неожиданным, когда выяснилось, что допущения, касающиеся симметрии, даже в хорошо известных процессах не имели никакого экспериментального подтверждения по той причине, что эксперименты ставились таким образом, что их результаты не зависели от справедливости или несправедливости этих допущений». Представитель Королевской академии отметил, что лауреаты представили решение «наиболее тупиковой проблемы в области физики элементарных частиц, после чего экспериментальная и теоретическая работа забила ключом».

Нобелевская лекция Янга была очень яркой. Она достаточно быстро была опубликована в СССР в «Успехах физических наук» (уже в 1958 году) и предисловие к ней тоже не скрывало эмоций.

«Большой честью и истинным удовольствием является такая возможность обсуждения вопроса о сохранении четности и других законов симметрии. Сначала мы коснемся общей роли законов симметрии в физике. Затем познакомимся с теми обстоятельствами, которые привели к опровержению закона сохранения четности. И наконец, мы обсудим некоторые другие законы симметрии, которые установлены физиками экспериментальным путем, но которые все еще не образуют идейно простого и цельного. Об очень интересном и волнующем развитии физики, после того как сохранение четности было ниспровергнуто, расскажет в своей лекции Ли. Чжэньнин Янг — профессор физики в Институте усовершенствования, Прингстон, Нью-Йорк» — писали в предисловии к лекции Янга (о лекции его коллеги мы поговорим в следующий раз).

35-летний Чжэньнин Янг в своем выступлении тоже не скрывал эмоций: «Позвольте мне подчеркнуть, что концептуальная простота и внутренняя красота симметрий, выявляющиеся при сложных экспериментах, становятся для физиков источником большого воодушевления. Мы обрели надежду, что в природе есть порядок, который можно постичь».

Янг продолжил творить: достаточно вспомнить его работы по калибровочной инвариантности (теория Янга — Миллса) и теоремы Янга и Ли по квантовой статистической физике, чтобы сказать, что он был достоин и еще одной Нобелевки.

Официальная биография Янга в сборнике Нобелевских лекций по физике так описывала физика в 2009 году: «Спокойный и приветливый физик […], он много работает, оставляя себе мало времени для отдыха». Трудится он и сейчас — уже на благо развития своей Родины. Янг получил премию, будучи китайским гражданином. Теперь он снова им стал: в 2015 году Чжэньнин Янг отказался от гражданства США, которое получил в 1964 году.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Подписывайтесь на Indicator.Ru в соцсетях: Facebook, ВКонтакте, Twitter, Telegram, Одноклассники.