Известные люди

»

Джеймс Кронин

Сам К. считает, что его настоящее образование началось осенью 1951 г., когда он стал аспирантом Чикагского университета. Среди его учителей были Энрико Ферми, Мария Гепперт-Майер, Эдвард Теллер, Вал Телегди, Марвин Голдбергер и Марри Гелл-Манн. Именно Гелл-Манн и пробудил у К. заинтересованность к только зарождавшейся тогда физике элементарных частиц. Ученую уровень доктора К. получил в 1955 г., защитив диссертацию по экспериментальной ядерной физике, выполненную под руководством Сэмюела К. Аллисона.

Затем К. присоединился к группе Родни Кула и Оресте Пиччони в Брукхейвенской национальной лаборатории на Лонг-Айленде. Эти исследователи работали на недавно построенном космотроне-ускорителе, способном разгонять протоны до энергии в 3 млрд. электронвольт. В Брукхейвене К. встретил Вала Л. Фитча, тот, что осенью 1958 г. пригласил его перейти на работу в Принстонский универ. Осуществляя независимые исследовательские программы, эти двое ученых в 1963 г. выполнили общий, ставший классическим опыт, тот, что подорвал казавшееся незыблемым представление об одном из законов природы.

Одно время физики считали, что в природе действуют три фундаментальных закона симметрии. Согласно первому закону, известному как симметрия зарядового сопряжения (C), исход любого физического опыта должен оставаться неизменным, если каждую частицу в эксперименте заместить соответствующей античастицей (т.е. частицей-близнецом, но с противоположным электрическим зарядом и некоторыми другими свойствами). Иначе говоря, мир, всецело состоящий из антиматерии, должен был бы повиноваться таким же физическим законам, как и мир, состоящий из материи. Второй закон сохранения четности (P), утверждает, что любая реакция между частицами должна оставаться таковой же, если все геометрические величины, к примеру такие, как пространственные координаты, заместить их зеркальными отображениями, т.е. никакая реакция не позволяет отличать правое от левого. Третий закон, симметрия сравнительно обращения времени (T), гласит, что любая реакция между элементарными частицами должна в равной мере славно протекать как в прямом, так и в обратном направлении. Например, если две частицы могут сливаться, образуя третью, то последняя может распадаться с образованием двух исходных частиц.

В 1956 г. Ли Цзундао и Янг Чжэньнин пришли к выводу о возможном несохранении четности Р в некоторых реакциях, связанных со слабым взаимодействием, которое ответственно за некоторые формы радиоактивного распада, в различие от сильного взаимодействия, удерживающего частицы внутри атомного ядра. Они предложили эксперименты, которые позволили бы разрешить тот самый вопросительный мотив. А вскоре By Цзяньсюн и ее сотрудники из Колумбийского университета доказали, что четность не на сто процентов сохраняется при бета-распаде (испускании электрона) некоторых радиоактивных ядер:

ядра испускают больше ориентированных влево электронов, чем ориентированных вправо. Другие исследователи установили, что зарядовое сопряжение (C) кроме того сохраняется только приближенно. В некоторых физических процессах обнаруживается предпочтение частицам перед античастицами. Физикам удалось спасти некоторое подобие порядка, объединяя C и P в комбинированный закон сохранения CP-симметрии, тот, что подтверждается экспериментальными результатами. Нарушение С компенсируется одновременным нарушением Р, и напротив. Например, если избыток левоориентированных электронов нарушает сохранение четности, то одновременная замена частиц на античастицы превратила бы левоориентированные электроны в правоориентированные позитроны и оставила бы неизменными физические законы. Именно универсальное сохранение комбинированной СР-симметрии, предложенное для объяснения нарушения в отдельности С- и Р-симметрий, и было опровергнуто К. и Фитчем летом 1963 г.

К. и Фитч изучали пучки нейтральных K-мезонов, называемых сейчас каонами (частицы с вдвое меньшей массой, чем протон), порождаемых ускорителем в Брукхейвене. Приступая к эксперименту, ученые не ставили перед собой проблема опровергнуть CP-симметрию, напротив, они надеялись удостоверить ее. Однако в серии опытов, проведенных при участии Рене Турле из Центра ядерных исследований во Франции и Джеймса Кристенсена, аспиранта из Принстона, К. и Фитч обнаружили безусловное подтверждение нарушения CP-симметрии. При распаде определенного вида нейтральных K-мезонов на глаз одно событие из 500 не удовлетворяет тесту на симметрию. Первое подтверждение нарушения CP-симметрии было косвенным; последующие же эксперименты сделали тот самый результат очевидным. В распадах K-мезонов левоориентированные частицы преобладают над правоориентированными (ломание правил четности P), а материя над антиматерией (ломание правил зарядовой симметрии C). Кроме того, комбинированная CP-симметрия кроме того нарушается в распадах левоориентированная материя преобладает над правоориентированной. Это проявилось в форме запрещенного типа распада. В соответствии с CP-симметрией короткоживущие нейтральные K-мезоны должны распадаться на два пи-мезона, а долгоживущие нейтральные K-мезоны (в среднем они существуют в 500 раз дольше, чем короткоживущие) могут распадаться только на три пи-мезона. Экспериментальные результаты, встреченные сперва с недоверием, перед публикацией были в течение шести месяцев подвергнуты тщательному анализу и проверке, которые убедительно показали, что некоторые долгоживущие K-мезоны распадаются на два пи-мезона.

Вне подозрений оставалась только общая симметрия комбинация всех трех симметрий CPT. Любое явление, наблюдаемое в природе, обладает таким свойством, что соответствующее явление, возникающее при одновременной замене левого и правого, материи и антиматерии и обращении времени, должно быть равновероятно. Этот факт и ломание правил CP-инвариантности привели в выводу: симметрия сравнительно обращения времени должна нарушаться. Если нарушается CP-симметрия, то для того, чтобы CPT-симметрия сохранялась, T-симметрия (сравнительно обращения времени) должна нарушаться. Распад К-мезона, нарушающий CP-симметрию, не может быть обращен во времени. Эти выводы заставили ученых не только переосмыслить прежние объяснения физических явлений, но и сформировать новую теорию эволюции Вселенной. Действительно, если в первые моменты большого взрыва материя и антиматерия образовались в равных количествах, то они могли бы целиком аннигилировать. Но ломание правил CP-инвариантности позволяет античастицам распадаться быстрее, чем частицам, и, стало быть, быстрее пропадать, оставляя избыток частиц в виде вещества Вселенной. Что же касается процессов аннигиляции, то они пополняют припас электромагнитного излучения во Вселенной.

В 1964 г. К. стал полным профессором Принстонского университета, но провел тот самый год в Центре ядерных исследований во Франции, работая с Турле. На следующий год К. вернулся в Принстон, где продолжил исследования нарушений СР-симметрии в распадах K-мезонов. В 1971 г. он стал сотрудником факультета Чикагского университета, где осуществил эксперименты на новом ускорителе Национальной ускорительной лаборатории Ферми, расположенной прямо за городской чертой.

В 1980 г. К. и Фитч поделили Нобелевскую премию по физике за открытие нарушений фундаментальных принципов симметрии при распаде нейтральных K-мезонов. В заключение своей Нобелевской лекции К. сказал: Мы должны всю дорогу держать в памяти о том, что ломание правил CP-симметрии, сколь оно ни всего ничего, является самым реальным эффектом... Этот результат говорит о том, что между материей и антиматерией существует фундаментальная асимметрия и что она свидетельствует о возможности проявления асимметрии сравнительно обращения времени на уровне некоторых слабых взаимодействий... Мы надеемся, что когда-нибудь и это таинственное послание природы будет расшифровано.

После получения Нобелевской премии К. продолжает трудиться в Чикагском университете, где, в частности, пытается раскумекать глубинные причины нарушения СР-симметрии.

В 1954 г. К. женился на Аннетт Мартин, аспирантке Чикагского университета. У них трое детей. Свой досуг чаще всего он проводит в загородном доме в штате Висконсин, любит делать лыжные прогулки.

Помимо Нобелевской премии, К. удостоен награды За научные достижения исследовательской корпорации Америки (1968), медали Джона Прайса Уэзерилла Франклиновского института (1975) и памятной награды Эрнеста Орландо Лоуренса по физике Управления энергетических исследований и разработок США (1977). Он является членом американской Национальной академии наук, Американского физического общества и Американской академии наук и искусств.

Так же читайте биографии известных людей:

Джеймс Максвелл Games Clerk Maxwell

Джеймс Максвелл - выдающийся английский физик, создатель классической электродинамики, один из основателей статистической физики. Родился 13 июня..
читать далее →

Джеймс Рейнуотер Jeyms Reinuoter

Американский физик Лео Джеймс Рейнуотер родился в г. Каунсил (штат Айдахо) в семье инженера-строителя и управляющего универсальным магазином Лео..
читать далее →

Джеймс Франк Dzhejms Frank

Немецко-американский физик Джеймс Франк родился в Гамбурге, в семье Якоба Франка, банкира, и Ребекки Франк, в девичестве Дрюкер, которая была родом..
читать далее →

Джеймс Чедвик Jeyms Chadvik

Английский физик Джеймс Чедвик родился в г. Боллингтоне, вблизи Манчестера. Он был старшим из четырех детей Джона Джозефа Чедвика, владельца..
читать далее →

Ваши комментарии

добавить комментарий