Мартин Перл
Мартин Льюис Перл (24 июня 1927 — 30 сентября 2014) был американским физиком. Он открыл тау-лептон и тем самым открыл третье семейство частиц вещества — к которому принадлежит и тау-нейтрино.
В 1995 году он получил Нобелевскую премию по физике совместно с Фредериком Райнесом. Академия почтила обоих за «новаторские экспериментальные вклады в физику лептонов».
От инженера к физику
Перл вырос в Бруклине сыном еврейских переселенцев. Сначала он изучал химическую инженерию и несколько лет работал в General Electric, где среди прочего разрабатывал электронные лампы.
Лишь затем он решил изучать физику. В 1955 году он защитил диссертацию в Колумбийском университете — у Исидора Раби, в той исследовательской группе, из которой вышел и Леон Ледерман.
В 1963 году он перешёл в Стэнфордский центр линейного ускорителя, где остался до конца.
Своеобразные события
В середине 1970-х годов Перл исследовал на накопительном кольце SPEAR столкновения электронов и позитронов.
При этом ему бросились в глаза события, которые не вписывались в картину: из столкновения выходили электрон и мюон с противоположным зарядом — и больше ничего видимого.
Такие события, казалось, нарушали сохранение лептонного числа по семействам, ведь электрон и мюон принадлежат разным семействам.
Истолкование Перла: возникают два тяжёлых, короткоживущих лептона. Каждый распадается дальше сам по себе — один в электрон, другой в мюон, — и при этом высвобождаются невидимые нейтрино, которые спасают баланс.
Три года сопротивления
Профессиональная среда была скептична, и по понятным причинам.
Новый лептон не был предусмотрен; двух семейств, казалось, довольно. И сигнатуру — две заряженные частицы и много недостающей энергии — можно было объяснить и известными процессами, например распадами частиц с очарованными кварками, которые были открыты незадолго до того.
Между первыми указаниями 1974 года и всеобщим признанием прошло около трёх лет. Перлу приходилось снова и снова защищать свой анализ, точнее определять фон и показывать, что ни одно известное объяснение не годится.
Новая частица получила имя тау, по греческой начальной букве слова triton — «третье».
Почему это касается нейтринной физики
Каждому заряженному лептону принадлежит собственное нейтрино. С тау-лептоном, стало быть, следовало ожидать и третьего.
Последовали два подтверждения. В ЦЕРН в 1989 году из ширины распада Z-бозона выяснилось, что существует ровно три лёгких вида нейтрино. А в 2000 году DONUT в Фермилабе доказал тау-нейтрино напрямую.
Тем самым семейство частиц было полным — и была заложена основа для осцилляций нейтрино, которые описываются как переход между ровно этими тремя видами и находят свою математическую форму в матрице ПМНС.
Дальнейшие работы
Перл остался другом неудобных вопросов. Он десятилетиями искал свободные кварки с дробным зарядом в одну треть — методом, который опирался на знаменитый опыт Милликена с масляными каплями.
Не нашёл он ни одного. Тем не менее он считал поиск стоящим, потому что находка изменила бы всё: свободные кварки по сегодняшнему пониманию не встречаются, и один единственный опрокинул бы теорию сильного взаимодействия.
Кроме того, он деятельно поддерживал молодых исследователей и открыто говорил о том, как долго пришлось ждать, пока его собственное открытие было принято.
Оценка
Случай Перла показывает, как научное признание возникает на самом деле: не одним мгновением, а упорным доставлением доказательств, пока не останется никакого другого объяснения.
То, что между его открытием 1975 года и прямым доказательством соответствующего нейтрино лежало 25 лет, говорит одновременно многое о трудности этой области исследований.
Связанные понятия
- DONUT — прямое доказательство тау-нейтрино
- Лептон — семейство частиц
- Фредерик Райнес — его солауреат
- Матрица ПМНС — три вида во взаимодействии
Источники
- M. L. Perl и др.: Evidence for Anomalous Lepton Production in e⁺–e⁻ Annihilation, Physical Review Letters 35, 1489 (1975).
- Нобелевский фонд: Нобелевская премия по физике 1995 года, обоснование и Нобелевская лекция.