В поисках частицы Бога, или Охота на бозон Хиггса - Иэн Сэмпл

46

Размышления Гейзенберга во время его визита на Гельголанд см. в кн.: Subrahmanyan Chandrasekhar. Truth and Beauty: Aesthetics and Motivations in Science. University Of Chicago Press, 1990.

47

См., например, кн.: Martinus Veltman. Facts and Mysteries in Elementary Particle Physics. World Scientific. 2003.

48

Более подробно о мыслях Шрёдингера по поводу идей де Бройля и формулировки квантовой теории см. в кн.: Graham Farmelo. It Must Be Beautiful: Great Equations of Modern Science. Granta, 2003.

49

Дирак прочитал первую статью Шрёдингера по волновой механике, и она ему не понравилась. Он предпочитал матричную механику Гейзенберга и исходил из нее, создавая в своей докторской диссертации общий формализм квантовой механики.

50

Дирак удачно соединил квантовую теорию со специальной теорией относительности Эйнштейна, в результате появилась релятивистская квантовая теория поля. Более подробно см. в кн.: John Charap. Explaining the Universe: The New Age of Physics. Princeton University Press, 2002. Наиболее полная биография Дирака — в кн.: Graham Farmelo. The Strange Man. (см. библиографию).

51

Уже написано много книг об антиматерии. Последнюю книгу — Frank Close. Antimatter. Oxford University Press, 2009 — трудно считать простым введением.

52

По словам Хиггса, “Дирак хорош в математике, но безнадежно плох в практических инженерных вопросах”.

53

S. Chandrasekhar. Verifying the theory of relativity. Bulletin of the Atomic Scientists, June 1975. Когда Хиггс учился в лондонском Королевском колледже, он считал Эддингтона “чокнутым”. Попытка Эддингтона объединить квантовую теорию с теорией относительности и гравитацией была охарактеризована Хиггсом как “полная чушь”.

54

С помощью датских рыбаков Нильса Бора вывезли из Дании в Швецию. Затем он сел на борт бомбардировщика “Москито” и прилетел в Англию, после чего переехал в США, в Лос-Аламосскую национальную лабораторию, где стал работать в рамках Манхэттенского проекта — заниматься созданием американской атомной бомбы. Полный рассказ об этой истории и более подробно про Бора см. в кн.: George Gamow. Thirty Years that Shocked Physics. Dover Publications, 1985.

55

Большая часть соответствующей работы по делению была проделана Ганом вместе с Лизе Майтнер и Фрицем Штрассманом. Для более подробной информации см. кн.: Siegmund Brandt. The Harvest of a Century: Discoveries in Modern Physics in 100 Episodes. Oxford University Press, 2009.

56

Чрезвычайно важные и часто трогательные диалоги между интернированными физиками собраны в кн.: Siegmund Brandt. The Harvest of a Century: Discoveries in Modem Physics in 100 Episodes. Oxford University Press, 2009.

57

Цитата взята из книги “The Day After Trinity”, где собраны документы о жизни и творчестве Роберта Оппенгеймера.

58

Об этом — в президентском послании Хиггса Максвелловскому обществу. Протокол заседания находится в архиве Королевского колледжа в Лондоне.

59

Более подробную информацию о солипсизме и философских размышлениях Декарта см., например, в кн.: Bertrand Russell. Human Knowledge: Its Scope and Limits. Routledge, 2009.

60

Кларк, известный писатель, автор романов, написанных в жанре научной фантастики, был выпускником Королевского колледжа и учился в университете за несколько лет до Хиггса. Его идеи о межпланетных путешествиях в то время всеми высмеивались.

61

О Фейнмане написано несколько отличных книг, однако трудно превзойти его собственные воспоминания о событиях, приведших к теории перенормировки. Хороша его нобелевская лекция, прочитанная и декабря 1965 года.

62

Это не бросает тень на личность Фейнмана. Отношения Фейнмана с женщинами и его браки были проникнуты нежностью и преданностью. Для более полной информации см. кн.: William Cropper. The Great Physicists (см. библиографию).

63

Сэвил-роу — улица в центре Лондона, на которой расположены дорогие ателье и магазины мужской одежды. (Здесь и далее примеч. пер.)

64

В 1950-х годах постдоковские стипендии были редкостью, и эти позиции были чрезвычайно престижными. В Лондоне только несколько студентов получали такие стипендии. Хиггс окончил Королевский колледж лучшим по физике в своем выпуске.

65

Есть несколько хороших отчетов об истории движения за ядерное разоружение, в том числе: Richard Taylor. Against the Bomb: The British Peace Movement 1958-1965. Oxford University Press. 1988. Рассказ Вертрана Расселла о кампании против Лайнуса Полинга см. в кн.: Bertrand Russell: Critical Assessments, edited by Andrew Irvine, Routledge, 1998.

66

Намбу опубликовал несколько статей уже в 1960 году, например, в “Physical Review Letters” и “Proceedings of the 10th Annual Rochester Conference on High Energy Nuclear Physics”. Более подробную статью см. в: “Physical Review”. Vol. 122. No. 1 (1961). P. 345-358.

67

Бруно Зумино из Калифорнийского университета в Беркли рассказал о своей попытке понять Ёитиро Намбу: “Мне пришла в голову мысль, что, если я смогу узнать, что Намбу думает сейчас, я буду иметь преимущество в десять лет перед всеми. Поэтому я разговаривал с ним в течение длительного времени. Но прежде чем мне удалось понять хоть что-то, прошло десять лет”. Кроме того, Эд Виттен из Института перспективных исследований в Принстоне сказал однажды о Намбу: “Люди не понимают его, потому что он видит слишком далеко вперед”.

68

Сверхпроводимость является гораздо более сложным и тонким процессом, чем я описал. Хорошее введение в сверхпроводимость см. в кн.: P.J. Ford and G. A. Saunders. The Rise of the Superconductors. CRC Press, 2004; Gerhard Bomer. The Early Universe. Springer, 2004.

69

Существует полезный раздел по теме нарушения симметрии в кн.: John Barrow. New Theories of Everything. Oxford University Press, 2007. См. также: Robert Crease and Charles Mann. The Second Creation: Makers of the Revolution in Twentieth-Century Physics. Rutgers University Press, 1996: Broken Symmetries. A Scientific Backgrounder on the Nobel Prize in Physics. Royal Swedish Academy of Sciences, 2008.

70

Первоначально полагали, что эти частицы, названные голдстоуновскими бозонами, наполняют любую систему со спонтанно нарушенной симметрией. Причина, по которой они создавали проблему, такова: чтобы родиться, безмассовым частицам нужно очень мало энергии, следовательно, если бы они существовали. их можно было бы так же легко наблюдать в природе, как фотоны, кванты света. Тот факт, что никто не видит эти безмассовые частицы, позволил с большой вероятностью предположить, что к обретению частицами масс привело не спонтанное нарушение симметрии. Проблема вошла в науку как теорема Голдстоуна.

71

Гилберт был научным руководителем докторской диссертации Гуральника.

72

Прентки возглавлял теоретический отдел в ЦЕРНе.

73

Несколько лет спустя Намбу рассказал Хиггсу, что он и был этим рецензентом.

74

Ссылки на ключевые работы каждой из трех команд см. в библиографии.

75

Поле Хиггса наделяет частицы массой разными способами в зависимости от их типа. В Стандартной модели есть четыре вида частиц-переносчиков взаимодействий: фотоны, глюоны, W-бозоны (которые могут быть положительными или отрицательными) и нейтральный Z-бозон. Перед тем как поле Хиггса активизируется, все эти частицы без массы, и волны, связанные с ними, имеют только поперечную составляющую, то есть колебания происходят в плоскости, перпендикулярной к направлению распространению частицы. На фотоны и глюоны поле Хиггса не действует, a W- и Z-частицы взаимодействуют с ним таким образом, что их волны приобретают продольную составляющую, то есть колебания могут происходить и в направлении движения. Именно эта дополнительная степень свободы делает W- и Z-частицы массивными. Для кварков и лептонов (за исключением, возможно, нейтрино) ситуация иная. Прежде чем поле Хиггса включилось, кварки и электроны находились, что называется, в единственном спиновом состоянии. Некоторые спины направлены по движению, другие — в противоположном направлении. Когда поле Хиггса включается, эти частицы получают возможность находиться в двух спиновых состояниях, и именно этот процесс, как полагают, и придает им массу.

76

В книге “Ideals and Realities: Selected Essays of Abdus Salam” (World Scientific, 1983) Салам говорит, что наука развивается только в условиях обмена идеями и непрерывной критики. Некоторые физики, к примеру Питер Войт из Колумбийского университета, стали непопулярными, предположив, что значительная область физики пришла в упадок из-за чрезмерного внимания к теории струн, описывающей частицы как крошечные колеблющиеся нити энергии.