Мюррей Гелл-Ман: Элементарлық бөлшектер физигінің тұңғыш зерттеушісі

Кіріспе

Американдық теориялық физик (1929–2019)

Мюррей Гелл-Манн (Murray Gell-Mann; 15 қыркүйек 1929 – 24 мамыр 2019) – американдық теориялық физик, элементар бөлшектер теориясын дамытуда маңызды рөл атқарған. Гелл-Манн кварктар тұжырымдамасын күшті өзара әрекеттесетін бөлшектердің негізгі құрылыс блоктары ретінде енгізді, сондай-ақ ренормализация тобын кванттық өріс теориясы мен статистикалық механиканың негізгі элементі ретінде ұсынды. Ол әлсіз өзара әрекеттесулер теориясындағы хиральдық тұжырымдаманы және жеңіл мезондар физикасын анықтайтын күшті өзара әрекеттесулердегі спонтанды хиральдық симметрияның бұзылуын дамытуда маңызды рөл атқарды. 1970 жылдары ол кванттық хромодинамиканың (КХД) тең авторы болды, ол кварктардың мезондар мен бариондарда шектелуін түсіндіреді және элементар бөлшектер мен күштердің стандартты моделінің маңызды бөлігін құрайды. Мюррей Гелл-Манн 1969 жылы элементар бөлшектер теориясы бойынша жұмысы үшін физика саласындағы Нобель сыйлығын алды.

Ғылыми еңбектері

1958 жылы Гелл Манн Ричард Файнманмен бірлесіп, Е.С. Джордж Сударшан мен Роберт Маршақтың тәуелсіз тобымен қатар физиканың әлсіз өзара әрекеттесуінің хиральдық құрылымдарын ашып, ВА теориясын (вектор минус осьтік вектор теориясы) әзірледі. Бұл жұмыс Чен Нинг Янг пен Цунг Дао Ли теориялық түрде ұсынғандай, Чиен Шиунг Вудың теңдікті бұзуды тәжірибелік түрде ашуынан кейін жасалды. 1950 жылдары Гелл Маннның жұмысы, кейінірек каон және гиперон деп аталатын ғарыштық сәуле бөлшектерін табуға қатысты. Осы бөлшектерді жіктеу оны кванттық санның, яғни ғажайыптықтың, күшті және электромагниттік өзара әрекеттесу арқылы сақталатынын, бірақ әлсіз өзара әрекеттесу арқылы сақталмайтынын болжауға итермеледі. Гелл Маннның тағы бір идеясы – Гелл Маннокубо формуласы, ол бастапқыда эмпирикалық нәтижелерге негізделген формула болды, бірақ кейін оның кварк моделімен түсіндірілді. Гелл Манн мен Абрахам Пейс бейтарап каонның араласуының бұл қызықты жағын түсіндіруге қатысты. Мюррей Гелл Маннның математик Ричард Эрл Блокпен 1960 жылдың күзінде Калтехте болған сәтті кездесуі оны 1961 жылы адрондар үшін жаңа жіктеу схемасын енгізуге ынталандырды. Осыған ұқсас схеманы Юваль Ниман өз бетінше ұсынған, және оны кварк моделімен түсіндіруге келді. Гелл Манн бұл схеманы сегіз жол деп атады, өйткені жіктелімдегі бөлшектердің октеттері (термин буддизмнің сегіз жолын білдіреді). Гелл Манн Морис Левимен бірге пионның сигма моделін жасады, ол төмен энергиялы пионның өзара әрекеттесуін сипаттайды. 1964 жылы Гелл Манн және Джордж Цвайг кварктердің, яғни осы схеманың адрондарын құрайтын бөлшектердің бар екендігін алға тартты. "Кварк" атауын Гелл Манн шығарды, ол Джеймс Джойстің "Финнеганс Уэйк" романына сілтеме ("Мустер Марк үшін үш кварк!" 2-кітап, 4-эпизод). Цвайг бөлшектерді "ас" деп атаған, бірақ Гелл Маннның есімі танымал болды. Кварктар, антикварктар және глюондар тез арада адронның құрылымын зерттеуде негізгі элементар объектілер ретінде бекітілді. Ол 1969 жылы физика саласындағы Нобель сыйлығын элементтік бөлшектердің жіктелуі мен олардың өзара әрекеттесуіне қатысты табыстары мен жаңалықтары үшін алды. 1960 жылдары ол қазіргі алгебраны сенімді динамикалық теория болмаған кезде кварк модельдерінен болжамдарды алу үшін симметрияларды жүйелі пайдалану әдісі ретінде енгізді. Бұл әдіс экспериментпен расталған тәуелсіз жиынтық ережелерді модельдеуге әкелді және стандартты модельдің (СМ) дамуына негіз болатын бастау нүктелерін ұсынды, бұл элементтік бөлшектердің кеңінен қабылданған теориясы. 1972 жылы Гелл Манн CERN-де демалыс кезінде Харальд Фрицш, Генрих Лютвилер және Уильям А. Бардинмен бірге Янг Миллстің "кварк түсі" теориясын қарастырды және күшті өзара әрекеттесудің өлшегіш теориясы ретінде кванттық хромодинамика (QCD) терминін енгізді. Кварк моделі QCD-нің бір бөлігі болып табылады және ол сегіз жол схемасын алмастырған кварктердің жаңа "дәмі"н табиғи түрде табуға жеткілікті болды. Гелл Манн Пьер Рамонд пен Ричард Сланскимен бірге және Пьер Минковски, Рабиндра Мохапатра, Горан Сеньянович, Шелдон Гласшоу және Цутому Янагидадан тәуелсіз түрде нейтрино массаларының тербеліс теориясын ұсынды. Бұл оң қолды нейтриноның кез келген теориясында үлкен масштабта массаны тудырады. Ол сондай-ақ 1970 және 1980 жылдардың басында шынжыр теориясын тірі ұстауға, зерттеудің осы бағытын niche қызығушылығының тақырыбы болған кезде қолдауға атсалысқан. Гелл Манн кванттық механиканы түсіну үшін бірізді тарихтар әдісінің жақтаушысы болды, оны Джеймс Хартлмен бірге мақалаларда қолдады.

In 1958, Gell Mann in collaboration with Richard Feynman, in parallel with the independent team of E. C. George Sudarshan and Robert Marshak, discovered the chiral structures of the weak interaction of physics and developed the V A theory (vector minus axial vector theory). This work followed the experimental discovery of the violation of parity by Chien Shiung Wu, as suggested theoretically by Chen Ning Yang and Tsung Dao Lee. Gell Mann's work in the 1950s involved recently discovered cosmic ray particles that came to be called kaons and hyperons. Classifying these particles led him to propose that a quantum number, called strangeness, would be conserved by the strong and the electromagnetic interactions, but not by the weak interaction. Another of Gell Mann's ideas is the Gell Mann–Okubo formula, which was, initially, a formula based on empirical results, but was later explained by his quark model. Gell Mann and Abraham Pais were involved in explaining this puzzling aspect of the neutral kaon mixing. Murray Gell Mann's fortunate encounter with mathematician Richard Earl Block at Caltech, in the fall of 1960, "enlightened" him to introduce a novel classification scheme, in 1961, for hadrons. A similar scheme had been independently proposed by Yuval Ne'eman, and has come to be explained by the quark model. Gell Mann referred to the scheme as the eightfold way, because of the octets of particles in the classification (the term is a reference to the Eightfold Path of Buddhism). Gell Mann, along with Maurice Lévy, developed the sigma model of pions, which describes low energy pion interactions. In 1964, Gell Mann and, independently, George Zweig went on to postulate the existence of quarks, particles which make up the hadrons of this scheme. The name "quark" was coined by Gell Mann, and is a reference to the novel Finnegans Wake, by James Joyce ("Three quarks for Muster Mark!" book 2, episode 4). Zweig had referred to the particles as "aces", but Gell Mann's name caught on. Quarks, antiquarks, and gluons were soon established as the underlying elementary objects in the study of the structure of hadrons. He was awarded a Nobel Prize in Physics in 1969 for his contributions and discoveries concerning the classification of elementary particles and their interactions. In the 1960s, he introduced current algebra as a method of systematically exploiting symmetries to extract predictions from quark models, in the absence of reliable dynamical theory. This method led to model independent sum rules confirmed by experiment, and provided starting points underpinning the development of the Standard Model (SM), the widely accepted theory of elementary particles. In 1972 Gell Mann, while on sabbatical leave to CERN, together with Harald Fritzsch, Heinrich Leutwyler and William A. Bardeen, considered a Yang Mills theory of "quark color," and coined the term quantum chromodynamics (QCD) as the gauge theory of the strong interaction. The quark model is a part of QCD, and it has been robust enough to accommodate in a natural fashion the discovery of new "flavors" of quarks, which has superseded the eightfold way scheme. Gell Mann was responsible, with Pierre Ramond and Richard Slansky, and independently of Peter Minkowski, Rabindra Mohapatra, Goran Senjanović, Sheldon Glashow, and Tsutomu Yanagida, proposed the seesaw theory of neutrino masses. This produces masses at the large scale in any theory with a right handed neutrino. He is also known to have played a role in keeping string theory alive through the 1970s and early 1980s, supporting that line of research at a time when it was a topic of niche interest. Gell Mann was a proponent of the consistent histories approach to understanding quantum mechanics, which he advocated in papers with James Hartle.