2008 yılında fizik dalında Nobel Ödülü kazananları: Yoichiro Nambu, Makoto Kobayashi ve Toshihide Maskawa (nobelprize.org'dan görüntü)
2008'de Fizik dalında Nobel ödülü, Japon Japon Makoto Kobayashi ve Toshihide Maskawa'nın yanı sıra, Japon yapımı Yoichiro Nambu'dan alacak. Her üç eser de farklı parçacıklara ait olsa da, simetrilerin temel parçacıkların dünyasında kırılmaları için ödüllendirildi ve simetrilerin kendileri farklı etkileşimlere aitti.
Hadron dinamiğine yeni bakış
Uzak 1960'da, Parçacık fiziğinin Standart Modelinin hiçbir izi yoktu. Hadron fiziği gerçek bir karmaşaydı. O zamana kadar, birbiriyle güçlü etkileşime giren düzinelerce farklı parçacık – hadronlar – en çeşitli kitleler, suçlamalar, yaşam süreleri ve çürüme kanalları ile, proton senkrorotları üzerinde yapılan deneylerde zaten keşfedilmişti. Fizikçiler ya bu parçacıkların “amaçlarını” ya da birbirleriyle ilişkilerini anlamadılar, o zamanlar bu hadronlar için bile makul bir sınıflandırma şeması bile yoktu.
Birçok fizikçi, hadislerin anlamlı sistematiğini bulmak için uğraşırken (birkaç yıl sonra kuarklar fikrine yol açtı),Yoichiro Nambu, İtalyan fizikçi Yona-Lasinho'yla birlikte, bazı hadronların özüne tamamen yeni bir bakış sundukları iki yazı yayınladı. Nambu'nun süper iletkenlik üzerindeki daha önceki çalışmalarına dayanarak, süperiletkenlik ve hadron fiziği arasında derin bir benzeşme gösterdiler ve temel olarak temel parçacıkların etkileşiminin alışılmadık bir modelini inşa ettiler.
Bu model başlangıçta hadronların gerçek dünyasından oldukça farklı görünüyordu. Proton ve nötronların analoglarına dayanıyordu, ama sadece çok hafif, içinde hiç mezon yoktu, ama yeni bir simetri vardı (kiral simetri). Ancak, bu modelin sonuçlarını analiz ettikten sonra yazarlar, içinde olağanüstü bir olayın meydana geldiğini gördüler – kiral simetrinin kendiliğinden kırılması. Onun sayesinde, bu modeldeki parçacıklar ile metamorfoz meydana geldi: mesonlar ortaya çıktı (fermiyonların bağlı halleri olarak, bir süperiletkende Cooper çiftlerinin bir analogu) ve fermiyonların kendileri çok daha zorlaştılar ve protonlar ve nötronlar ile tanımlanabilirlerdi.
Bu, hadronların fiziksel özünün yeniden düşünülmesine yol açtı.Daha önce, herhangi bir şekilde onları etkilemeyen bir vakumla serbestçe uçabilen, “sarsılmaz bir maddi varlık” gibi parçalara benzediler. Şimdi, “güç alanlarının oyunu” yüzünden hadronlar, bir vakumun sıra dışı özellikleri nedeniyle maddi özünü elde eden nesneler olan quasiparticles olmuştur.
Nambu ve Yona-Lasinho'nun öncü makalesinin aşağıdaki alıntıları çok belirleyicidir:
“Modelimiz Hamiltonian çok basit olmasına rağmen, gerçek nükleons ve mezonların özelliklerine güçlü bir şekilde benzeyen sonuçlar üretir. Nükleonun ve pseudoskaların "pi-meson" unun aynı dinamik kökene sahip olması çok caziptir … Bizim modelimize göre, pi-meson güçlü etkileşimin birincil kaynağı değil, sadece bir yan etkidir. Birincil etkileşim henüz bilinmemektedir. ”
Bu çalışmalardan sonra, fizikçilerin, kangüllerin kafa karışıklığının ardında, dinamik fenomenlerin sadece parçacıkların davranışlarını etkilemeyip, onların maddi özünü değiştiren, dünyanın yapısının belirli bir katmanı olduğunu hissettiğini söylemek doğru olacaktır.Güçlü etkileşimler teorisindeki ilerlemeler (kuarklar, tutkallar, hapsetme ve kuantum kromodinamiği) sadece bu şeylerin görüşünün doğruluğunu teyit etmiştir. Ancak dikkat çeken şey, tüm modern başarılara rağmen, biraz modifiye edilmiş bir formda Nambe-Yona-Lasinio modelinin (NJL modeli olarak kısaltılmış), yaratılışından yarım yüzyıl sonra hala, bazı hesaplamalarda aktif olarak kullanıldığıdır – hadronun özü, onun içinde ele geçirilmiştir. fizik.
Ve temel parçacıkların dünyasında simetrilerin kendiliğinden kırılmaları fikri, teorisyenler tarafından aktif olarak geliştirilmeye başlandı ve daha sonra, elektroşiret simetrisinin kırılması ve diğer kırık simetrilerin kopması için Higgs mekanizması, onun dışında gelişti.
Nambu'nun temel parçacık fiziğinin gelişimine katkısı, bu modelle sınırlı değildir. Nambu, kuarkların “rengi” fikriyle ortaya çıkanlar arasındaydı, ilk kuark modellerinden birini kurdu (ancak, daha sonra deneysel olarak doğrulanmadı), kuarklar birbirinden çıkarıldığında, aralarındaki kuvvet çizgileri dizgiler olarak gerildiğini fark etti. . Bu, bu arada, sicim teorisine doğru ilk adımdı ve şimdi de string teorisindeki tüm ders kitapları Nambu-Goto dizilerinin çalışmasıyla başlıyor.
Kuarkların çifte hayatı
Kobayashi ve Maskawa'nın başarısı farklı bir döneme ve farklı bir simetriye işaret eder. Her şey, hadronların zayıf etkileşiminin güçlü olandan çok daha kurnazca düzenlenmiş olduğu gerçeğiyle başladı. 1964'te K-mesonlarının bozulmasında, sözde CP-simetrisinin bozulduğu keşfedildi. CP simetrisi, antipartiküllerin tüm özelliklerinin, speküler olarak yansıyan bir alandaki normal parçacıkların özelliklerine denk geldiği anlamına gelir. Parçacıklar ve antipartiküller arasındaki bu eşitlik, fizikçiler için çok doğal görünüyordu ve bu nedenle zayıf etkileşimlerdeki ihlalinin keşfedilmesi büyük bir sürprizdi.
Kuark modelinin dönemi geldiğinde, kuantumların zayıf etkileşimleri nedeniyle CP ihlalinin ortaya çıkması gerektiği ortaya çıkmıştır. Ancak, bu ihlali nasıl açıklamak net değildi.
Soyut uzayda vektörler olarak d ve s kuarkları. Belirli kütleler (d, s) ile ayarlanan kuark, kuvetler kümesi ile nispeten zayıf etkileşimin (d ', s') belirli karakteristiklerine denk gelmez, fakat ona göre döndürülür (nükleotid.sinp.msu.ru sitesinden görüntü)
Bunu, başka bir İtalyan fizikçisi olan Nicola Cabibbo'ya derin bir bakış izledi. Zayıf etkileşimle, kuarkların kütle olmadan doğduğunu fark etti. Uyarı! – Bu, kuarkların sıfır kütle ile doğduğu anlamına gelmez.Hayır, kuarklar genelde karışık bir halde doğarlar. ağırlık değeri atanamaz.
Bu, gündelik bakış açısından tuhaf görünebilir, ama kuantum parçacıkları için oldukça normaldir. Belli bir kütle ile belirli bir etkileşim ve kuark durumları olan kuark devletleri aynı kümeler değil, tamamen farklı bir set değil, aynı kuarkların farklı bir görünümüdür. Zayıf etkileşimlerde doğmuş bir kuark, belirli kütleli kuarkların bir karışımıdır ve belirli bir kütleye sahip bir kuark, farklı etkileşim türlerine sahip kuarkların bir karışımıdır.
Kobayashi ve Maskawa bu yönde bir sonraki adımı attı. Teknik olarak, bu adım belki de küçüktü, ama fenomeni anlamada bir kardinal sıçramaya yol açtı. CP ihlali, hadis dünyasını tam olarak bu karıştırma yoluyla “istila” edebildiklerini kanıtladılar. Doğru, bunu başarmak için, o zaman yeterli kuarklar yoktu ve Japonlar, başka bir kuark neslinin varlığını kabul ettiler. Bu tahmin daha sonra zekice deneysel olarak doğrulandı: b-kuark dört yıl sonra ve ağır t-kuark – 1995'te açıldı.Şimdi Kobayashi ve Maskawa makalesi – ikincisi, temel parçacık fiziği tarihinin tüm alıntılar sayısına göre.
Bu nedenle, hadron bozunumlarındaki CP ihlalinin, zayıf etkileşimin parçacık-taşıyıcıları tarafından "üretildiği", özel, "çarpık" bir görünümden kaynaklandığı ortaya çıkmaktadır. Bu neden şu anda bilinmemektedir. Tam olarak bunun suçlanmasının ne olduğu açık değildir – kuarklar veya zayıf etkileşim. Fizikçiler, Higgs mekanizmasının cihazındaki cevabı aramanın gerekli olduğundan şüphelenirler ve Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nda yapılan deneylerin bu konuda çok yardımcı olacağını umuyorlar.
Cabibbo, Kobayashi ve Maskawa'nın çalışmaları, modern CP ihlali teorisine ve genellikle kuarklar arasındaki zayıf etkileşimlere dayanmaktadır. Matematiksel olarak, isimlerini taşıyan bir matris (kısaltılmış CKM matrisi) kullanılarak açıklanmaktadır. Bu matristeki sayılar, kuarkların karıştırılması ve CP ihlali kuvvetini karakterize eder. Bu sayılar, BaBar ve Belle deneylerindeki B mezonlarının bozulmalarına dair kapsamlı bir çalışma sayesinde son yıllarda oldukça iyi tanımlanmıştır. Büyük Hadron Çarpıştırıcısı, öncelikle LHCb deneyinde, bu parametrelerin daha iyi çalışılması ve belki de kökenlerini öğrenmesi beklenir.
Sonuç olarak
Okur, İtalyan fizikçilerinin her iki hikayede de göründüğünü fark etmiş olabilir: Yona-Lasinho ve Cabibbo. Pek çok uzmana göre yaptıkları katkılar, ödül kazananlarınkiyle karşılaştırılabilir olsa da, hiçbiri Nobel Ödülü'nü almadı. Nobel Komitesi'nin kararı, başta İtalyan fizikçiler olmak üzere çok şaşırmış ve hayal kırıklığına yol açmıştı. Ne yazık ki, Nobel Ödülü'nü ödüllendirme şartlarından biri, üç ödülden daha fazla değildir. Bu nedenle, bu tür durumlar kaçınılmazdır ve daha çok hak eden ve daha az hak edenler hakkında dedikodu yıldan yıla tekrarlanacaktır.
Ödüllerin orijinal makaleleri:
- Y. Nambu, G. Jona-Lasinio. Süperiletkenlik ile benzeşime dayalı. Ben // Fiziksel Gözden Geçirme 122, 345-358 (1961). Kamu alanında makale.
- Y. Nambu, G. Jona-Lasinio. Süperiletkenlik ile benzeşime dayalı. II // Fiziksel Gözden Geçirme 124, 246-254 (1961). Kamu alanında makale.
- M. Cobayashi, T. Maskawa. Zayıf Etkileşimin Renormalize Edilebilir Teorisinde CP-İhlali // Teorik Fiziğin Gelişimi (1973) .V. 49. Hayır. 2. S. 652-657. Kamu alanında makale.
Ek bağlantılar:
- Nobel Ödülü'nü Fizikte Nobel Ödülü – 2008'de yayınlamaya başladı.
- Kırık Simetri (PDF, 260 Kb) – Nambu ve Kobayashi-Maskawa eserlerinin tarihi ve bilimsel değeri hakkında Nobel Komitesi'nin metni.
- M. K. Volkov, A. E. Radjabov. Nambu-Jona-Lasinio modeli ve gelişimi // UFN, 176, 569 (2006).
- Parçacık teorisyenlerine Nobel Fizik Ödülü! – Canlı ve ilginç bir tartışmaya neden olan Tommaso Dorigo blog yazısı.
Igor Ivanov