Чэнь-Нин Ян, новаторский китайско-американский теоретический физик, скончался в замечательном возрасте 103 года. Известный своими новаторскими работами, которые опровергли давно сложившиеся представления о фундаментальных силах природы, Ян оставил после себя наследие, включающее Нобелевскую премию и глубокое влияние на современную физику. Его работы заложили основу для Стандартной модели частиц и сил, которая формирует наше понимание Вселенной.
Переворот “Зеркальной симметрии” и Нобелевская премия
Признание Яна мировым сообществом началось в 1957 году, когда он был удостоен Нобелевской премии по физике. Эта награда была разделена с его близким другом и соотечественником, Цун-Дао Ли, за их работу, оспаривавшую широко распространенные “законы четности”. Эти законы предлагали фундаментальную симметрию в силах, действующих на субатомных частицах, предполагая, что зеркальный образ любого эксперимента должен давать одинаковые результаты. Ян и Ли продемонстрировали, посредством строгих теоретических работ, что “зеркальная симметрия” не является универсально верной.
Рождение теорий Янга-Миллса
В то время как Нобелевская премия признала работу по нарушению четности, возможно, самый значительный вклад Яна произошел ранее, в 1953 году. Работая с докторантом Робертом Миллсом, Ян разработал революционный теоретический каркас, который стал известен как «теории Янга-Миллса». Эта краткая коллаборация, зародившаяся во время визита в Национальную лабораторию Брукхейвена, неожиданно привела к монументальному прорыву. Эти теории теперь составляют основу современной физики элементарных частиц, успешно описывая слабое и сильное ядерное взаимодействие — две из четырех фундаментальных сил, управляющих Вселенной. Изначально, однако, теория столкнулась с резкой критикой, особенно со стороны влиятельного и придирчивого физика Вольфганга Паули, который едва не подорвал зарождающуюся карьеру Яна.
Понимание калибровочной инвариантности и проблема массы
В основе теорий Янга-Миллса лежит концепция «калибровочной инвариантности», глубокое свойство квантовой теории поля, которое сильно ограничивает физически возможные явления. Эта концепция, продемонстрированная в успешной теории квантоэлектродинамики (КЭД), предписывает, что физические законы должны оставаться согласованными независимо от местоположения или системы измерений. Одним из следствий калибровочной инвариантности является то, что фундаментальные частицы, такие как электроны, должны иметь одинаковый заряд — очевидный факт, вытекающий из глубокого математического принципа.
Чтобы построить аналогичную теорию для ядерного взаимодействия, уравнения Янга и Миллса учитывали поток электрического заряда между протонами и нейтронами. Получившаяся теория предсказала существование трех различных бесмассовых векторных частиц, одна из которых электрически нейтральна, как свет (фотоны), а другие — электрически заряжены. Однако, когда Ян представил эту теорию в Институте передовых исследований Принстона в 1954 году, колкая постановка вопросов Вольфганга Паули едва не заставила его замолчать. Паули знаменито поинтересовался о массе этих предсказанных частиц, интуитивно осознавая, что им придется быть бесмассовыми — концепцию, которую он счел сложной.
Только в 1964 году, благодаря новаторской работой Питера Хиггса и других, проблема массы была решена. Они предположили существование «поля Хиггса», которое объясняет, почему эти векторные частицы, теперь известные как W- и Z-бозоны, могут приобретать массу. Открытие бозона Хиггса в 2012 году предоставило окончательное эмпирическое подтверждение этого механизма.
От квантовой хромодинамики к Стандартной модели
Теория Янга-Миллса также лежит в основе квантовой хромодинамики (КХД), которая описывает сильное ядерное взаимодействие, связывающее кварки внутри протонов и нейтронов. Эти кварки несут свойство, известное как “цветной заряд”, а сила между ними опосредована бесмассовыми векторными частицами, называемыми глюонами. Существование кварков и глюонов, а также достоверность КХД, были подтверждены в 1970-х годах.
Совмещая идеи Яна о калибровочной инвариантности, нарушении четности и механизма Хиггса, мы теперь обладаем Стандартной моделью частиц и сил — триумфом физики XX века.
Жизнь в физике и академической среде
Родившийся в Хэфэе, Китай, в 1922 году, путь Яна к становлению ведущим физиком был отмечен интеллектуальным гением и целеустремленностью. Он преуспел в математике и физике, получив докторскую степень в Чикагском университете в 1948 году под руководством Эдварда Теллера. После заслуженной карьеры в Институте передовых исследований Ян присоединился к Университету Стоуни-Брук в 1965 году. В последующие годы он сыграл ключевую роль в создании крупномасштабных исследовательских центров в Китае, в конечном итоге отказавшись от своего гражданства США в 2015 году.
Помимо новаторской работы в физике элементарных частиц, Ян внес значительный вклад в статистическую механику и физику конденсированного состояния, и получил множество наград, включая Национальную медаль науки. Он был дважды женат: сначала на Чих-Ли Ту (умерла в 2003 году), а затем на Венг Фань, которая выжила, а также его дети.
Наследие Чэнь-Нина Яна простирается далеко за пределы его Нобелевской премии. Он принципиально изменил наше понимание Вселенной, оставив неизгладимый след в современной физике и вдохновляя поколения ученых.
Смерть Чэнь-Нина Яна знаменует собой окончание эпохи и оставляет мир глубоко благодарным за его гений и неизменные достижения в науке. Его работа представляет собой краеугольный камень наших знаний о фундаментальных силах, формирующих нашу реальность.
