Hadiah Nobel dalam Fizik - 2008 • Igor Ivanov • Berita Sains mengenai "Unsur" • Hadiah Nobel, Fizik

Hadiah Nobel dalam Fizik – 2008

Pemenang Hadiah Nobel dalam fizik pada tahun 2008: Yoichiro Nambu, Makoto Kobayashi dan Toshihide Maskawa (imej dari nobelprize.org)

Hadiah Nobel dalam Fizik untuk 2008 akan menerima dua orang Jepun – Makoto Kobayashi dan Toshihide Maskawa, serta seorang keturunan Jepun Yoichiro Nambu. Ketiga-tiga mereka dianugerahkan untuk kerja-kerja mereka dalam pemecahan simetri di dunia zarah-zarah asas, walaupun karya-karya ini tergolong dalam zaman yang berlainan, dan simetri itu sendiri tergolong dalam interaksi yang berbeza.

Melihat baru pada dinamik hadrons

Pada tahun 1960-an, tidak ada jejak Model Piawai fizik zarah. Fizik Hadron adalah jumble yang nyata. Pada masa itu, berpuluh-puluh zarah yang berbeza berinteraksi dengan kuat antara satu sama lain – hadrons – dengan massa yang paling pelbagai, caj, hayat dan saluran pembusukan, telah ditemui dalam eksperimen pada proton synchrotrons. Fizik tidak faham sama ada "tujuan" zarah-zarah ini atau hubungan mereka antara satu sama lain, pada masa itu tidak ada skim klasifikasi yang munasabah untuk hadrons ini.

Walaupun banyak ahli fizik berjuang untuk mencari sistematik yang bermakna dari hadrons (yang beberapa tahun kemudian menyebabkan idea kuark),Yoichiro Nambu, bersama ahli fizik Itali, Yona-Lasinho, menerbitkan dua artikel di mana mereka menawarkan pandangan yang baru pada intipati beberapa hadrons. Mengandalkan kerja awal Nambu pada superkonduktivitas, mereka menunjukkan analogi yang mendalam antara superkonduktivitas dan fisika hadron dan berdasarkannya membina model luar biasa interaksi zarah-zarah asas.

Model ini pada awalnya kelihatan agak tidak seperti dunia sebenar hadrons. Ia didasarkan pada analog proton dan neutron, tetapi hanya sangat ringan, tidak terdapat meson di dalamnya, tetapi ada beberapa simetri baru (simetri kiral). Walau bagaimanapun, setelah menganalisis akibat dari model ini, penulis melihat bahawa fenomena yang luar biasa berlaku di dalamnya – pecah spontan simetri kiral. Terima kasih kepadanya, metamorfosis berlaku dengan zarah-zarah dalam model ini: mesons muncul (seperti keadaan terikat fermions, analog pasangan Cooper dalam superkonduktor), dan fermions sendiri menjadi lebih sukar, dan mereka sudah dapat dikenal pasti dengan proton dan neutron.

Ini membawa kepada pemikiran semula intipati fizikal dari hadrons.Sebelum ini, mereka kelihatan seperti kepingan "entiti material yang tak tergoyahkan", secara bebas terbang melalui vakum yang tidak menjejaskan mereka dalam apa cara sekalipun. Sekarang, kerana "permainan medan kekuatan," hadrons telah menjadi quasiparticles, objek yang memperoleh intipati bahan mereka kerana sifat-sifat yang luar biasa daripada vakum.

Petikan berikut dari artikel perintis oleh Nambu dan Yona-Lasinho sangat menunjukkan:

"Walaupun model Hamiltonian kami sangat mudah, ia menghasilkan hasil yang sangat menyerupai ciri-ciri nukleon dan meson sebenar. Sangat menarik adalah fakta bahawa kedua-dua jisim nukleon dan pseudoscalar "pi-meson" mempunyai asal dinamik yang sama … Menurut model kami, pi-meson bukanlah sumber utama interaksi yang kuat, tetapi hanya kesan sampingan. Interaksi utama belum diketahui. "

Ia mungkin adil untuk mengatakan bahawa selepas kerja-kerja ini ahli fizik merasakan bahawa di sebalik kekeliruan hubbons terletak lapisan tertentu struktur dunia kita, di mana fenomena yang dinamik bukan hanya mempengaruhi perilaku zarah, tetapi mengubah intisinya sangat penting.Kemajuan selanjutnya dalam teori interaksi yang kuat (quarks, gluons, confinement, dan chromodynamics kuantum) hanya mengesahkan ketepatan pandangan perkara ini. Tetapi apa yang mengejutkan ialah walaupun semua pencapaian moden, model Nambu-Yona-Lasinio (disingkatkan sebagai model NJL) dalam bentuk yang sedikit diubahsuai masih, setengah abad selepas penciptaannya, digunakan secara aktif dalam beberapa pengiraan – intipati hadron itu ditangkap di dalamnya fizik.

Dan idea pemecahan simetri secara spontan di dunia zarah-zarah asas mula dibangunkan secara aktif oleh ahli teori, dan seterusnya mekanisme Higgs untuk memecah simetri elektroweak, dan jenis simetri lain yang rosak, berkembang daripada itu.

Sumbangan Nambu terhadap pembangunan fizik zarah asas tidak sama sekali terhad kepada model ini. Nambu adalah antara orang-orang yang datang dengan idea "warna" kuark, dia membina salah satu model kuark pertama (yang, bagaimanapun, tidak eksperimen disahkan kemudian), dia menyedari bahawa ketika quark dikeluarkan dari satu sama lain, garis-garis kekerasan di antara mereka diregangkan sebagai rentetan . Ini, dengan cara ini, adalah langkah pertama ke arah teori rentetan, dan sekarang semua buku teks mengenai teori tali bermula dengan kajian tali Nambu-Goto.

Kehidupan dua kuark

Pencapaian Kobayashi dan Maskawa merujuk kepada era yang berbeza dan simetri yang berbeza. Semuanya bermula dengan fakta bahawa interaksi lemah hadrons ternyata disusun lebih licik daripada yang kuat. Pada tahun 1964, didapati bahawa dalam penghancuran K-mesons, yang dipanggil CP-simetri dipecahkan. Simetri CP bermaksud bahawa semua sifat antipartikel bertepatan dengan sifat-sifat zarah-zarah biasa dalam ruang spekulasi. Kesamaan antara zarah dan antipartikel sepertinya sangat semula jadi kepada ahli fizik, dan oleh itu penemuan pelanggarannya dalam interaksi lemah adalah kejutan besar.

Apabila era model quark itu datang, ia menjadi jelas bahawa pelanggaran CP perlu timbul disebabkan oleh interaksi lemah kuark. Tetapi bagaimana untuk menjelaskan pelanggaran ini tidak jelas.

Quarks d dan s sebagai vektor dalam ruang abstrak. Quark yang ditetapkan dengan massa tertentu (d, s) sama sekali tidak sama dengan set kuark dengan ciri-ciri tertentu interaksi yang relatif lemah (d ', s'), tetapi diputar berbanding dengannya (imej dari tapak nuklphys.sinp.msu.ru)

Ini diikuti oleh wawasan mendalam ke fizik Itali yang lain, Nicola Cabibbo. Dia menyedari bahawa dengan interaksi lemah, kuark dilahirkan tanpa sebarang jisim. Perhatian! – Ini tidak bermakna kuark dilahirkan dengan jisim sifar.Tidak, quarks dilahirkan di beberapa negeri bercampur, yang umumnya tiada nilai berat badan boleh diberikan.

Ini mungkin kelihatan aneh dari sudut pandangan setiap hari, tetapi bagi zarah kuantum ia agak normal. Hanya quark menyatakan dengan jenis tertentu interaksi dan quark menyatakan dengan jisim tertentu bukan satu set yang sama, dan bukan satu set yang sama sekali berbeza, tetapi, oleh itu, pandangan yang berbeda dari kuark yang sama. Quark yang dilahirkan dalam interaksi lemah adalah campuran kuark dengan massa tertentu, dan quark dengan jisim tertentu adalah campuran kuark dengan pelbagai jenis interaksi.

Kobayashi dan Maskawa mengambil langkah seterusnya ke arah ini. Secara teknikal, langkah ini mungkin kecil, tetapi ia membawa kepada melompat kardinal dalam memahami fenomena tersebut. Mereka membuktikan bahawa pencabulan CP boleh "menyerang" dunia hadrons dengan tepat melalui pencampuran ini. Benar, untuk mencapai ini, tidak cukup kuark dibuka pada masa itu, dan kemudian Jepun menganggap kewujudan generasi quark lain. Ramalan ini kemudiannya berjaya disahkan secara eksperimen: quark b dibuka empat tahun kemudian, dan berat t-quark – pada tahun 1995.Kini artikel oleh Kobayashi dan Maskawa adalah yang kedua dengan jumlah petikan dalam keseluruhan sejarah fizik zarah asas.

Jadi, ternyata pelanggaran CP dalam hadron mereput timbul kerana beberapa pandangan "bengkok" khas kuark, yang "dihasilkan" oleh pembawa zarah dari interaksi yang lemah. Kenapa ini berlaku tidak diketahui hari ini. Tidak jelas sama ada ini adalah salah – quarks atau interaksi lemah. Pakar fizikal mengesyaki bahawa ia perlu mencari jawapan dalam peranti mekanisme Higgs, dan mereka berharap eksperimen di Large Hadron Collider akan membantu mereka dalam hal ini.

Kerja Cabibbo, Kobayashi dan Maskawa didasarkan pada teori moden pelanggaran CP dan interaksi yang umumnya lemah antara kuark. Matematik, ia digambarkan dengan menggunakan matriks yang mengandungi nama mereka (disingkat CKM-matriks). Angka-angka dalam matriks ini mencirikan pencampuran kuark dan kekuatan pelanggaran CP. Angka-angka ini telah didefinisikan dengan jelas sejak beberapa tahun kebelakangan ini kerana kajian komprehensif tentang penghancuran mesons B dalam percubaan BaBar dan Belle. Di Hadron Collider Besar, terutamanya dalam percubaan LHCb, adalah dicadangkan untuk mengkaji parameter ini dengan lebih baik dan, mungkin, untuk mengetahui asalnya.

Kesimpulannya

Pembaca mungkin mendapati bahawa ahli fizik Itali muncul dalam kedua-dua cerita: Yona-Lasinho dan Cabibbo. Tidak seorang pun daripada mereka menerima Hadiah Nobel, walaupun sumbangan mereka, menurut banyak pakar, adalah setanding dengan pemenang. Keputusan Jawatankuasa Nobel telah menyebabkan banyak komen yang terkejut dan kecewa, terutamanya dari ahli fizik Itali. Malangnya, salah satu syarat untuk menganugerahkan Hadiah Nobel tidak lebih daripada tiga orang pemenang. Oleh itu, keadaan sedemikian seolah-olah tidak dapat dielakkan, dan gosip mengenai siapa yang lebih berhak dan yang sepatutnya kurang akan diulang dari tahun ke tahun.

Artikel asal pemenang:

  • Y. Nambu, G. Jona-Lasinio. Berdasarkan analogi dengan Superconductivity. Saya // Kajian Fizikal 122, 345-358 (1961). Perkara dalam domain awam.
  • Y. Nambu, G. Jona-Lasinio. Berdasarkan analogi dengan Superconductivity. II // Kajian Fizikal 124, 246-254 (1961). Perkara dalam domain awam.
  • M. Cobayashi, T. Maskawa. Pelanggaran CP dalam Teori Renormalizable Interaction Lemah // Kemajuan Fizik Teoritis (1973) .V. 49. No. 2. P. 652-657. Perkara dalam domain awam.

Pautan tambahan:

  • Siaran akhbar Jawatankuasa Nobel untuk menganugerahkan Hadiah Nobel dalam Fizik – 2008.
  • Symmetry Broken (PDF, 260 Kb) – teks Jawatankuasa Nobel mengenai sejarah dan nilai saintifik karya Nambu dan Kobayashi-Maskawa.
  • M. K. Volkov, A. E. Radjabov. Model Nambu-Jona-Lasinio dan perkembangannya // UFN, 176, 569 (2006).
  • Hadiah Nobel dalam Fizik kepada ahli teori partikel! – Jawatan blog Tommaso Dorigo, yang menyebabkan perbincangan yang meriah dan menarik.

Igor Ivanov


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

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