«Три кварка для мастера Марка»: как Марри Гелл-Ман открыл странные частицы, из которых состоит материя

Марри Гелл-Ман был лингвистом до мозга костей. Однако всю жизнь он изучал не семантику слова, а слабые распады элементарных частиц. Именно благодаря ему физика узнала о фундаментальной составляющей материи — кварках.

Заучивал физику наизусть: первые шаги Марри Гелл-Мана в науке

Марри Гелл-Ман появился на свет в Нижнем Истсайде Нью-Йорка в еврейской семье. Его отец, Артур Исидор Гелл-Ман, эмигрировал из Австро-Венгрии и работал учителем в детском приюте. Уже в США он познакомился с Паулиной Райхштейн — будущей мамой Марри.

Гелл-Ман младший учился в Колумбийской подготовительной и грамматической школе, правда, скучал на большинстве уроков. И если курс по математике он завершил уже в средних классах, то «раскусить» физику так и не смог. Ему приходилось заучивать простейшие определения, чтобы хоть как-то решать задачи.

Юноша мечтал связать свою жизнь с лингвистикой и археологией. Однако при выборе университета (школу Марри окончил уже в 14 лет!) Артур Исидор, выслушав планы сына, был краток: «Ты умрешь с голоду».

Но становиться инженером, как хотел отец, Гелл-Ман не собирался. Как ни странно, компромиссом оказалась именно физика. Марри поступил в Йельский университет и уже в 1948 году получил диплом бакалавра. Сложные отношения с физической наукой постепенно стали новым вызовом.

В возрасте 22 лет Гелл-Ман выпустился из Массачусетского технологического института с докторской степенью. Учеба там была сильно омрачена: Марри страдал от депрессии, поскольку хотел поступить в Принстон и Гарвард. Позднее он преподавал в крупнейших университетах страны, о чем раньше не мог и мечтать.

Странные частицы: главное открытие Гелл-Мана

Атомная теория существенно упрощала видение мира, однако наука очень быстро ушла вперед, и вскоре вопросов стало только больше. Любая материя состояла из атомов, а атомы состояли из более мелких элементарных частиц. И если внутри атомного ядра ученые нашли нейтроны и протоны, то откуда взялись более тяжелые «кирпичики» — адроны?

Эту проблему решил Марри Гелл-Ман. В конце 1940-х годов ученые нашли в космических лучах следы каонов и гиперонов. Эти частицы показывали необычное поведение: они быстро рождались в процессах сильных ядерных взаимодействий и быстро распадались на такие же сильно взаимодействующие элементы. Наблюдая за этими закономерностями, Марри Гелл-Ман ввел новое свойство — странность.

Ученый объединил адроны в группы, выделив восемь пар. Их можно представить в виде таблицы: по горизонтали располагались частицы с общими свойствами, а по вертикали — с равной массой, но различными электрическими зарядами. Сегодня эта таблица известна как восьмеричный путь — совсем как буддистский свод правил.

Получается, что элементарные частицы не были «конечны», а состояли из таких же частиц! Марри Гелл-Ман назвал этот «фундамент» кворком. Но термин не давал ученому покоя: звучал он паршиво... Перелистывая роман «Поминки по Финнегану» (еще одна безумная после «Улисса» книга Джеймса Джойса), Марри наткнулся на выдуманную песенку: «Three quarks for Muster Mark!»

Физик быстро соединил два слова. Поскольку он был дотошным до семантических значений, то попросту «подогнал» звучание. «Quarks» напомнили ему слово «quarts» — барные выкрики, требующие обновить стакан. Возможно, именно такая история помогла «кваркам» Гелл-Мана прижиться, а «тузам» его коллеги Джорджа Цвейга постепенно кануть в Лету.

Другие научные достижения Марри Гелл-Мана

Ученый не только безвылазно работал в лаборатории, но и был хорошим преподавателем. С 1952 года он был ассистентом Энрико Ферми в Чикагском университете и быстро получил должность профессора физики. В 1967 году Марри Гелл-Ман стал почетным профессором Калифорнийского технологического института, а в 1984 году пособствовал появлению Института Санта-Фе, призванного изучать теорию сложности.

Гелл-Ман также состоял в Американской академии искусств и наук, Лондонском королевском обществе, Обществе охраны природы, Индийской национальной академии наук и Российской академии наук по Отделению ядерной физики. Он продолжал изучать слабые распады элементарных частиц и в 1990-е годы издал научно-популярную книгу «Кварк и ягуар: приключения в простом и сложном».

Марри Гелл-Ман сформулировал теорию квантовой хромодинамики и описал термин «аромат» для набора квантовых чисел странность, очарование, прелесть и истинность. К слову, понятие появилось во время обеда Марри с Харальдом Фричем: коллеги увидели красочную рекламу 31 вкусов мороженого Baskin-Robbins.

Гелл-Ман был настоящим человеком-оркестром. Он занимался нумизматикой и бердвотчингом и не предавал детские интересы: археологию лингвистику. Совместно с Сергеем Старостиным физик создал проект по изучению эволюции языков и до самой смерти популяризировал науку. Марри Гелл-Ман скончался в 2019 году в своем доме в Нью-Мексико.