Физика

Нобелевские лауреаты: Марри Гелл-Манн. Вглубь «элементарных» частиц

Вдохновивший многих

Марри Гелл-Манн в 2013 году

Melirius/Wikimedia Commons

О роли Джойса в физике, о языкознании и вдохновении, об амнезии на страницах СМИ и об ушедшем о нас великом человеке рассказывает наш внеочередной выпуск рубрики «Как получить Нобелевку».

Увы, снова у нас сегодня выпуск вне очереди. В третий раз за год я сажусь писать об ушедшем от нас лауреате Нобелевской премии. Трудно писать такие статьи, особенно в случае смерти таких неохватных людей, как Марри Гелл-Манн, человек, который придумал кварки. И все же – попробуем.

Марри (Мюрей) Гелл-Манн (можно встретить написание Гельман)

Родился 15 сентября 1929 года, Манхэттен, Нью-Йорк, США

Умер 24 мая 2019 года, Санта-Фе, Нью-Мексико, США

Нобелевская премия по физике 1969 года (единолично). Формулировка Нобелевского комитета: «За открытия, связанные с классификацией элементарных частиц и их взаимодействий (for his contributions and discoveries concerning the classification of elementary particles and their interactions)».

Будущий автор кварковой теории родился в семье эмигрантов из Австро-Венгрии за сорок дней до начала Великой Депрессии. Отец его, Артур, переехал в 1910-х годах, а с матерью, Полин, получилось интереснее. «Она проголосовала на четырех или пяти президентских выборах, прежде чем узнала, что приехала из Австро-Венгрии ребенком. Ей пришлось натурализоваться в большой спешке в 1940 году. Если бы она не стала гражданкой, то превратилась бы в подлежащего интернированию иммигранта, когда Соединенные Штаты вступили в войну».

Гелл-Манн был вундеркиндом. В школе ему было скучно, физика не привлекала его: приходилось зубрить очевидное. Его манила лингвистика и археология. Интересный разговор состоялся между ним и отцом во время выбора направления будущей деятельности, перед поступлением в университет. На вопрос, какие специальности его интересуют, Марри ответил: «Все, что подходит для археологии или лингвистики или и того, и другого». Ответ отца был краток: «Ты умрешь с голоду».

Безработные во время Великой депрессии

Wikimedia Commons

По воспоминаниям самого Гелл-Манна, «его можно понять – шел 1944 год, и воспоминания о Великой Депрессии были еще живы». Когда юноша спросил у отца, что бы он посоветовал, тот сказал: «инженерное дело». Сам-то молодой человек понимал: если он что-нибудь сконструирует, это немедленно развалится (что подтвердили тесты на профпригодность год спустя, которые привели к вердикту «что угодно, только не инженерия»). В итоге сошлись на физике как на компромиссе.

В 15 лет Гелл-Манн стал студентом Йеля, окончил его в 19, а в 22 получил степень PhD. Свою первую фундаментальную работу, посвященную странным частицам, Гелл-Манн опубликовал в 23 года. Речь шла об обнаруженных в космических лучах каонах и гиперонах. Скорость их рождения указывала на то, что их поведение определяется сильным взаимодействием. Скорость же распада странных частиц была необычайно мала и указывала на то, что этот процесс определяется слабым взаимодействием. Собственно, Гелл-Манн и ввел новое квантовое свойство – странность.

Чтобы построить новую стройную систему частиц, Гелл-Манн воспользовался принципом зарядовой независимости. Его суть – группировка частиц с неким сходством. Классический пример: несмотря на то, что протон и нейтрон отличаются электрическим зарядом (протон имеет заряд +1, нейтрон – 0), во всех остальных отношениях они тождественны. Поэтому мы их считаем одним типом частиц, дуплетом нуклонов со средним зарядом ½. Другие частицы также могут быть включены в аналогичные дублеты или в группы из трех частиц, называемые триплетами, или же в «группы», состоящие всего лишь из одной частицы, – синглеты. Общее название группы, состоящей из любого числа частиц, – мультиплет.

Все было хорошо, но странные частицы в систему не вписались. Пришлось вводить странность: она равна удвоенной разности между средним зарядом мультиплета и средним зарядом нуклона (½). Затем Гелл-Манн пошел дальше и предложил принцип сохранения странности, согласно которому суммарная странность всех частиц до реакции, в которой участвует сильное или электромагнитное взаимодействие, равна суммарной странности после реакции. Таким образом стало понятно, что распад странных частиц не может быть вызван этими силами и определяется слабым взаимодействием.

Джордж Цвейг

Wikimedia Commons

Ну а в 1964 году Гелл-Манн и независимо от него уроженец Москвы Джордж Цвейг предложили знаменитую кварковую теорию строения элементарных частиц. Оказалось, протоны и нейтроны (как и прочие каоны-гипероны-мезоны и другие тяжелые частицы) состоят из кварков.

Этимология (происхождение) термина «кварк» достаточно быстро обросла легендами и неточностями. Чаще всего говорят о том, что Гелл-Манн просто взял его у Джеймса Джойса в удивительном и безумно сложном романе «Поминки по Финнегану», в котором звучит фраза «Три кварка для мистера Марка». Но все было несколько не так и несколько сложнее. По счастью, сам автор термина рассказал о его истории в научно-популярной книге «Кварк и ягуар: приключения в простом и сложном».

Оказывается, сначала физик придумал звучание слова, и звучание это было «kwork». Но потом, когда он перелистывал безумный роман Джойса, он наткнулся на фразу из придуманной песенки:

Three quarks for Muster Mark! Sure he hasn't got much of a bark And sure any he has it's all beside the mark.

Нужно сразу сказать, что речь не о мистере Марке, здесь вообще по тексту аллюзия на короля Марка, к которому Тристан везет Изольду. Важно другое: Гелл-Манн искал оправдание, чтобы произнести quark как «kwork». И здесь сказался лингвистический и литературоведческий дар гениального физика, который, поняв, что некоторые фразы в романе происходят от выкриков за барной стойкой, когда клиент требует очередную порцию горячительного, решил, что одним из возможных источников фразы про кварки мог стать выкрик «Three quarts for mister Mark» то есть – «три кварты пива мистеру Марку». «Quarts» звучит более похоже на kwork, поэтому Гелл-Манн успокоился и оставил термин таким. «По крайней мере, число «три» прекрасно соотносится с тем, как кварки встречаются в природе».

Неудивительно, что при такой легенде в обиходе остались именно кварки Гелл-Манна, а тузы Цвейга канули в Лету.

Эти две работы в основном и составили основу Нобелевской премии нашего героя. Впрочем, Гелл-Манн занимался не только физикой – его привлекала и философия, и лингвистика, вместе с нашим соотечественником Сергеем Старостиным он основал проект по изучению эволюции человеческих языков.

Сергей Старостин

Wikimedia Commons

Наш герой ответствен и за появление известного термина в области СМИ, который называется «амнезия Гелл-Манна». Термин сформулировался в беседах с американским автором Майклом Кричтоном. Эта амнезия заключается в следующем: допустим, вы – физик. Читаете газету и на второй и третьей полосах видите идиотский репортаж о физике. Вы громко возмущаетесь бредовой статьей, переворачиваете страницу… и верите каждому слову в статье об Израиле или Палестине, или о коррупции, или еще о чем-то. То, что на предыдущих страницах был написан бред, вы уже забыли.

Майкл Кричтон

Wikimedia Commons

…Новость о смерти Гелл-Манна впервые появилась в твиттере Института Санта-Фе, основателем которого он был. «Вы вдохновили многих. Нам будет вас не хватать», - говорилось в твите.

Твит института Санта-Фе

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.