Асимметрия премируется

Лауреатами Нобелевской премии по физике 2008 года стали три уроженца Японии – Ёитиро Намбу из американского Университета Чикаго, Макото Кобаяси из Исследовательского центра ускорительной физики в Цукубе и Тосихидэ Маскава (или Масукава) из Института теоретической физики имени Юкавы при Университете Киото.

Все трое теоретики и получили премию за работы по нарушению симметрии, опубликованные в 1960–1970-х годах.

Всё развитие науки основано на обобщении и универсализации наблюдаемых явлений и встраивании их в какую-то одну схему. Когда учёные начали обобщать уже не сами явления, а законы, их описывающие, пытаясь выстроить всевозможные единые теории, в поисках их вела идея симметрии. Независимость законов физики от места в пространстве, от скорости движения тела, от замены одних частиц на другие – это примеры симметрий, и святым Граалем многих учёных является установление какой-то особой, универсальной математической симметрии, которая могла бы вобрать в себя все известные физические законы.

Проблема в том, что наш мир не симметричен. И основной конфликт романтической эпохи развития физики частиц во второй половине XX века – это конфликт между математической мечтой о едином и симметричном мире и окружающей реальностью. Ведь если бы мир был абсолютно симметричен, к примеру, в отношении частиц и античастиц, то они все проаннигилировали бы друг с другом вскоре после Большого взрыва, и сейчас наш мир представлял бы собой заполненную светом пустоту. А если бы абсолютной была пространственная симметрия, то мир бы до сих пор был абсолютно однороден, и в нём не было бы разнообразных звёзд, планет и нобелевских лауреатов.

Намбу показал, как в абсолютно симметричных теориях могут рождаться несимметричные объекты, а Кобаяси и Маскава объяснили одну из неожиданно обнаружившихся асимметрий физики частиц и выяснили, что из этого следует.

Премия тоже поделена несимметрично. Половина (5 миллионов шведских крон, или около 501 тысячи евро) ушла Намбу, половина (по 2,5 миллиона крон на брата) – Кобаяси и Маскаве. Последние двое до сих пор являются подданными Японии, а 87-летний Намбу – натурализованный американец, и именно в США прошла его основная научная карьера.

Почти полвека назад, в 1960 году, Намбу опубликовал единое математическое описание спонтанного нарушения симметрии в физике элементарных частиц. Подход, развитый Намбу, нашёл применение в великом множестве работ, в настоящее время составляющих так называемую Стандартную модель физики частиц. Эта единая теория трёх (из четырёх знакомых науке) взаимодействий всех известных частиц уже 30 лет выдерживает все экспериментальные попытки её опровергнуть. Единственный не найденный пока элемент теории – знаменитый «хиггсовский бозон», квант поля, взаимодействие с которым наделяет все остальные элементарные частицы инертной массой.

Намбу, в 29 лет ставшего профессором Университета Осаки в консервативной Японии, считают одним из создателей теории струн и квантовой хромодинамики; именно Намбу придумал «цвета» кварков. Он также предсказал появление безмассовых частиц – переносчиков взаимодействия, появляющихся в теориях со спонтанным нарушением симметрии; правда, обычно эти бозоны называют голдстоуновскими – по имени другого физика-теоретика, доказавшего теорему о необходимости существования этих частиц в таких теориях. В настоящее время Намбу является почётным профессором Чикагского университета, а во вторник длинный список его профессиональных наград увенчала самая престижная – Нобелевская премия по физике.

Макото Кобаяси и Тосихидэ Маскава являются авторами одной из самых цитируемых работ в истории физики.

В 1973 году они опубликовали статью о нарушении конкретной симметрии в одном конкретном классе теорий. Если математический аппарат Намбу описывает, как в изначально красивой и полностью симметричной Вселенной «сами собой» могут появиться асимметрии, то Кобаяси и Маскава предложили описание так называемой CP-асимметрии, экспериментально обнаруженной в 1964 году и ставшей абсолютной неожиданностью для физиков. Обнаружение нарушения CP-чётности само по себе было удостоено Нобелевской премии в 1980 году.

Кобаяси и Маскава показали, как искусственное с точки зрения «научной красоты» изменение теории может объяснить результаты экспериментов. Отсюда следовало, что число семейств кварков – элементарных частиц, из которых состоят, в частности, находящиеся в атомных ядрах протоны и нейтроны, – должно быть не менее трёх, хотя в то время таковых были известны лишь два (собственно, и о семейства, или поколениях, кварков, речи не было). Уверенные в себе теоретики предсказали, что должно быть ещё одно семейство, которое составляют bottom- и top-кварки.

Правда, некоторые учёные полагали, что можно обойтись и без этого искусственного шага, просто постулировав, что нейтральные K-мезоны, где обнаружилось нарушение чётности, представляют собой исключение. И лишь в начале XXI века эксперименты по исследованию распада B-мезонов начали убедительно показывать, что нарушение CP-чётности является универсальным свойством нашего мира. Ну а существование bottom-кварка и top-кварка к тому моменту уже было подтверждено экспериментально (в 1977 и 1995 годах соответственно).

Кстати, работы по распаду B-мезонов Нобелевской премии пока не удостоены. Возможно, уже скоро придёт и их черёд – экспериментаторам обычно не приходится ждать премии по полвека.

В этом году угадать имена лауреатов было непросто.

Теоретикам Нобелевские премии вообще достаются всё-таки реже, чем экспериментаторам. А традиционной, но далеко не всегда срабатывающей подсказки имени будущего лауреата на этот раз не было. Вольфовскую премию по физике, присуждение которой оказалось отличной приметой для прошлогодних лауреатов Питера Грюнберга и Альбера Ферта, в 2008 году решили никому не присуждать.

За год до Грюнберга и Ферта премию получил американец Дэниел Клеппнер за его работы в экспериментальной атомной физике, лазерной спектроскопии и прецизионных измерений. А годом раньше Вольфовской премии были удостоены три человека, придумавшие знаменитый «хиггсовский бозон» – механизм обретения массы всеми частицами стандартной модели и последний кирпичик этого фундаментального физического здания, который всё никак не удаётся найти экспериментально. Авария на Большом адронном коллайдере, произошедшая 19 сентября, не позволила открыть его – если он существует – и в этом году.

Намбу получил Вольфовскую премию ещё в 1995 году вместе с Виталием Гинзбургом. Ни Кобаяси, ни Маскава этой награды пока удостоены не были.

Хотя нобелевская неделя начинается с объявления лауреатов премии по физиологии и медицине, именно

физическая награда считается наиболее престижной с точки зрения протокола.

Именно физики занимают самые почётные места рядом со шведским королём за столом во время нобелевского банкета в стокгольмской ратуше. Им же предоставляется честь открывать серию нобелевских лекций после церемонии вручения премии.

Первую Нобелевскую премию по физике получил в 1901 году немецкий физик Вильгельм Конрад Рентген за открытие коротковолнового электромагнитного излучения – лучей, получивших в русском языке его имя, и методов их создания и детектирования.

Отечественные физики дожидались первой Нобелевской премии более полувека. Зато в 1958 году, ровно полвека назад, её получили сразу трое российских физиков – Павел Алексеевич Черенков, Игорь Евгеньевич Тамм и Илья Михайлович Франк, которые, как и Рентген, открыли новый тип излучения – правда, не какие-то новые лучи, у само явление излучения. Сейчас весь мир знает его как «черенковское излучение», а возникает оно, когда в какой-то среде заряженные частицы движутся со скоростью, большей скорости света – не в вакууме, конечно, а в этой среде. Тонкий конус черенковского света – одно из основных средств изучения космических лучей – разогнанных до огромных скоростей заряженных частиц, приходящих на Землю из далёкого космоса.

Вообще, именно советские и российские физики – самые успешные в «нобелевском» плане отечественные деятели культуры. Они удостаивались самой престижной награды шесть раз, а всего её получили девять человек. Русские писатели и поэты также становились лауреатами шесть раз, но в литературе одну премию на двоих или троих не дают.

Последняя российская Нобелевская премия также досталась физикам. В 2003 году её были удостоены Алексей Алексеевич Абрикосов и Виталий Лазаревич Гинзбург (вместе с британцем Энтони Леггетом) «за пионерский вклад в теорию сверхпроводимости и сверхтекучести». Академик Гинзбург, работающий в Москве, в отличие от сотрудника американской Аргоннской национальной обсерватории Абрикосова, даже был позднее назван человеком года в России.