Nobelova nagrada u fizici - 2008. • Igor Ivanov • Znanstvena vijest o "Elementima" • Nobelove nagrade, fizika

Nobelova nagrada za fiziku – 2008

Dobitnici Nobelove nagrade u fizici 2008. godine: Yoichiro Nambu, Makoto Kobayashi i Toshihide Maskawa (slika nobelprize.org)

Nobelovu nagradu za fiziku za 2008. dobit će dva japanska – Makoto Kobayashi i Toshihide Maskawa, kao i američki japanski podrijetlo Yoichiro Nambu. Sva trojica su dodijeljena za svoj rad na simetričnom lomljenju u svijetu elementarnih čestica, iako su ta djela pripadanja različitim epohama, a same su simetrije različite interakcije.

Novi pogled na dinamiku hadrona

U udaljenom 1960. godini nije bilo tragova standardnog modela fizike čestica. Hadronova fizika bila je pravi mumija. Tada su desetine raznih čestica koje su snažno međusobno bile međusobno u interakciji – hadrone – s najraznovrsnijim masama, nabojima, životima i kanalima propadanja, već otkrivene u eksperimentima na protonskim sinkrotrima. Fizičari nisu razumjeli ni "svrhu" tih čestica niti njihov odnos međusobno, tada uopće nije bilo ni razumne sheme klasifikacije za ove hadrone.

Dok su se mnogi fizičari borili za pronalaženje smislene sistematike hadrona (koji su nekoliko godina kasnije doveli do ideje kvarkova)Yoichiro Nambu, zajedno s talijanskim fizičarom Yona-Lasinhoom, objavio je dva članka u kojima su ponudili potpuno novi pogled na bit nekih hadrona. Oslanjajući se na ranije djelo Nambua o supravodljivosti, pokazali su duboku analogiju između supravodljivosti i fizike hadona, a na temelju toga izgradili su neobičan model međudjelovanja elementarnih čestica.

Ovaj je model u početku izgledao sasvim drugačije od stvarnog svijeta hadrona. Temelji se na analozima protona i neutrona, ali samo vrlo lagano, u njemu nije bilo mesuna, ali postojala je neka nova simetrija (kiralna simetrija). Međutim, nakon analize posljedica ovog modela, autori su vidjeli da se u njoj pojavljuje izvanredan fenomen – spontana lomljenja kiralne simetrije, Zahvaljujući njoj, metamorfoza se dogodilo s česticama u ovom modelu: mesoni su se pojavljivali (kao vezana stanja fermiona, analogija Cooperovih parova u supravodiču), a sami fermioni postali su mnogo teži i mogli su se već identificirati s protonom i neutronima.

To je dovelo do preispitivanja fizičke bitovine hadrona.Prije su izgledali poput komada "nepokolebljivog materijalnog entiteta", slobodno leti kroz vakuum koji ih na bilo koji način ne utječe. Sada, zbog "igara polja sile", hadroni su postali kvazipartikali, objekti koji stječu svoju materijalnu suštinu zbog neobičnih svojstava vakuuma.

Sljedeća citata iz pionirskog članka Nambu i Yona-Lasinho vrlo je indikativna:

"Iako je naš model Hamiltonian vrlo jednostavan, on daje rezultate koji jako sliče karakteristikama stvarnih nukleona i mezona. Vrlo atraktivna je činjenica da i masa nukleona i pseudoscalarnog "pi-mesona" imaju isti dinamički podrijetlo … Prema našem modelu, pi-meson nije primarni izvor snažne interakcije, već samo nuspojava. Primarna interakcija još nije poznata. "

Vjerojatno će biti pošteno reći da je nakon ovih djela fizičari osjetili da iza zbunjenosti čarolije leži određeni sloj strukture našega svijeta, u kojem dinamički fenomeni ne utječu samo na ponašanje čestica, nego i mijenjaju njihovu vrlo materijalnu suštinu.Daljnji napredak u teoriji jakih interakcija (kvarkovi, gluoni, ograničenje i kvantna kromodinamika) samo su potvrdili točnost ovog stajališta stvari. No, ono što je zapanjujuće jest da je, unatoč svim modernim dostignućima, model Nambu-Yona-Lasinio (skraćeno kao NJL model) u neznatno izmijenjenom obliku još uvijek, pola stoljeća nakon njegova stvaranja, aktivno koristio u nekim izračunima – u njemu je uhvaćena suština hadrona fizika.

I samu ideju spontane razbijanja simetrije u svijetu elementarnih čestica počela su aktivno razvijati teoretičari, a kasnije je iz njega izrastao Higgsov mehanizam razbijanja električne simetrije i drugih vrsta slomljenih simetrija.

Nambuov doprinos razvoju elementarne fizike čestica uopće nije ograničen na ovaj model. Nambu je bio među onima koji su došli do ideje o "boji" kvarkova, on je izgradio jedan od prvih modela kvarkova (koji kasnije nije bio eksperimentalno potvrđen), shvatio je da kada su kvarkovi uklonjeni jedni od drugih, linije sile između njih su se protezale poput žica , Ovo je, usput, bio prvi korak prema teoriji niza, a sada svi udžbenici o teoriji niza započinju proučavanjem Nambu-Goto žica.

Dvostruki život kvarkova

Postignuća Kobayashi i Maskawa odnose se na drugačije doba i drugačiju simetriju. Sve je počelo s činjenicom da je slaba interakcija hadrona pokazala da je uređena mnogo lukavijoj od jakih. Godine 1964. otkriveno je da se u raspadima K-mesona razbije takozvana CP simetrija. Simetrija CP znači da se sva svojstva anti-čestica podudaraju sa svojstvima običnih čestica u prostoru koji se reflektira. Ova jednakost između čestica i antičestica činila se vrlo prirodnom za fizičare, pa je stoga otkriće njezine povrede u slabim interakcijama bilo veliko iznenađenje.

Kad je došlo vrijeme ere kvarkovog modela, postalo je jasno da kršenje CP-a treba nastati uslijed slabih interakcija kvarkova. Ali kako opisati ovo kršenje nije bilo jasno.

Kvarkovi d i s kao vektori u apstraktnom prostoru. Kvarkov set s određenim masama (d, s) uopće ne podudara s skupom kvarkova s ​​određenim karakteristikama relativno slabe interakcije (d ', s'), ali se okreće u odnosu na njega (slika s stranice nuclphys.sinp.msu.ru)

Nakon toga slijedi duboki uvid u još jednog talijanskog fizičara Nicole Cabibbo. Shvatio je da s slabom interakcijom kvarkovi rađaju bez ikakve mase. Upozorenje! – To ne znači da se kvarkovi rađaju s nulom masom.Ne, kvarkovi se rađaju u nekom mješovitom stanju, što općenito ne može se dodijeliti težinska vrijednost.

Ovo se može činiti čudnim iz svakodnevnog gledišta, ali za kvantne čestice to je sasvim normalno. Samo stanja kvarkova s ​​određenom vrstom interakcije i stanja kvarkova s ​​određenom masom nisu identični skupovi, a ne posve drugačiji skup, već, kako bilo, drugačiji pogled na iste kvarkove. Kvar nastao u slabim interakcijama je mješavina kvarkova s ​​određenim masama, a kvark s određenom masom je mješavina kvarkova s ​​različitim vrstama interakcija.

Kobayashi i Maskawa poduzeli su sljedeći korak u tom smjeru. Tehnički, ovaj je korak možda bio mali, ali je dovelo do kardinalskog skoka u razumijevanju tog fenomena. Pokazali su da kršenje CP-a može "upasti" svijet hadrona upravo kroz taj miješanje. Istina, da bi se to postiglo, u to vrijeme nije bilo dovoljno kvarkova, a japanski su postulirali postojanje druge generacije kvarkova. Ovo je predviđanje potom sjajno potvrđeno eksperimentalno: b-kvark je otvoren četiri godine kasnije, a teški t-kvark – 1995. godine.Sada je članak Kobayashi i Maskawa drugi po broju citata u cijeloj povijesti elementarne fizike čestica.

Dakle, ispostavilo se da kršenje CP-a u propadanju Hadronu proizlazi zbog nekog posebnog, "krivog" gledanja kvarkova, koji "proizvodi" čestice – nositelji slabe interakcije. Zašto se to dogodi nepoznato je do danas. Čak nije jasno što to točno treba kriviti – kvarkama ili slabom interakcijom. Fizičari sumnjaju da je potrebno tražiti odgovor u uređaju Higgsovog mehanizma, a oni se nadaju da će eksperimenti u Large Hadron Collideru pomoći im mnogo u tome.

Rad Cabibba, Kobayashi i Maskawa temelji se na suvremenoj teoriji CP-kršenja i općenito slabim interakcijama između kvarkova. Matematički se opisuje pomoću matrice koja nosi njihova imena (skraćena CKM-matrica). Brojevi u ovoj matrici karakteriziraju miješanje kvarkova i snagu CP kršenja. Ovi su se brojevi relativno dobro definirali posljednjih godina zahvaljujući sveobuhvatnoj studiji raspada B mesona u eksperimentima BaBar i Belle. Na Large Hadron Collider-u, prvenstveno u LHCb eksperimentu, predloženo je bolje proučavanje tih parametara i eventualno saznati njihovo podrijetlo.

U zaključku

Čitatelj je možda primijetio da se talijanski fizičari pojavljuju u obje priče: Yona-Lasinho i Cabibbo. Nitko od njih nije dobio Nobelovu nagradu, iako je njihov doprinos, prema mnogim stručnjacima, bio usporediv s onima dobitnika. Odluka Nobelovog odbora već je izazvala mnoge iznenađene i razočarane primjedbe, prvenstveno talijanski fizičari. Nažalost, jedan od uvjeta za dodjelu Nobelove nagrade je ne više od tri laureata. Stoga su takve situacije očito neizbježne, a trač o tome tko više zaslužuje i tko manje zaslužuje bit će ponovljen iz godine u godinu.

Izvorni članci laureata:

  • Y. Nambu, G. Jona-Lasinio. Na temelju analogije sa Supravodljivost. I // Fizički pregled 122, 345-358 (1961). Članak u javnoj domeni.
  • Y. Nambu, G. Jona-Lasinio. Na temelju analogije sa Supravodljivost. II // Fizički pregled 124, 246-254 (1961). Članak u javnoj domeni.
  • M. Cobayashi, T. Maskawa. CP-kršenje u Renormalizabilnoj teoriji slabe interakcije // Napredak teorijske fizike (1973) .V. 49. Ne. 652-657. Članak u javnoj domeni.

Dodatne veze:

  • Priopćenje za tisak Nobelove komisije za dodjelu Nobelove nagrade za fiziku – 2008.
  • Broken Symmetry (PDF, 260 Kb) – tekst Nobelovog odbora o povijesti i znanstvenoj vrijednosti djela Nambu i Kobayashi-Maskawa.
  • M.K. Volkov, A.E. Radjabov. Model Nambu-Jona-Lasinio i njegov razvoj // UFN, 176, 569 (2006).
  • Nobelova nagrada u fizici časopisima teoretičara! – Tommaso Dorigo blog post, koji je izazvao živu i zanimljivu raspravu.

Igor Ivanov


Like this post? Please share to your friends:

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: