Мартін Льюїс Перл не просто знайшов частинку. Він виявив прогалину у нашому розумінні Всесвіту.
Коли в середині 1970-х років Перл відкрив тау-лептон, стандартна модель фізики елементарних частинок тільки набирала обертів. У ньому було описано два покоління фундаментальних частинок. Третій був відсутній. Це була очевидна прогалина в теорії. Робота Перла заповнила цю прогалину.
За це конкретне проривне відкриття він отримав Нобелівську премію з фізики 1995 року. Її присудили не за невизначений внесок, а саме за відкриття тау-частинки — масивного лептону з негативним зарядом. Сама частка важча за своїх «родичів», електрона та мюона. Вона розпадається швидше, ніж ви встигнете моргнути. Менш ніж за трильйонну частку секунди.
Перл поділив цю премію з Фредеріком Райнесом. Райнес відкрив нейтрино у 1950-х роках. Два грандіозні стрибки. Два нобелівські лауреати. Зв’язок між їхніми роботами глибоко вкорінений в історії досліджень субатомних частинок.
Від хімічної інженерії до ядерної фізики
Шлях Перла до Нобелівської премії був прямим. Він був далекий від прямого.
Народившись у Брукліні у 1927 році, він закінчив Політехнічний інститут Брукліна у 1948 році. Нині цей інститут є частиною Політехнічної школи інженерії Нью-Йоркського університету (NYU Polytechnic School of Engineering). Його ступінь був у галузі хімічної інженерії. Він працював два роки хімічним інженером. Потім він змінив напрямок.
Він вступив до Колумбійського університету. Там він вивчав ядерну фізику та отримав ступінь доктора філософії (Ph.D.) у 1955 році.
З 1955 до 1963 року він викладав у Мічиганському університеті. Потім він перейшов до Стенфордського університету. Він працював там десятиліттями. 2004 року він отримав звання почесного професора (professor emeritus). Він не пішов із науки, він просто змінив посаду.
Пошук у SLAC
Справжня робота розпочалася у Стенфордському лінійному прискорювальному центрі (SLAC).
У 1966 Перл входив у команду, яка намагалася знайти нові заряджені лептони. Вони стикали електрони. Але те, що вони шукали, не було знайдено. Спроба провалилася.
Але обладнання змінилося. На початку 1970-х років розпочав роботу новий прискорювач. Він досяг рівня енергії, які раніше були недоступні. Це не просто оновлення. Це був ключ до замкнених дверей.
Перл використовував цей прискорювач для реєстрації лобових зіткнень електронів та позитронів. Позитрони є античастинками електронів. Вони є дзеркальними відбиттями з протилежними зарядами.
Експерименти проводилися з 1974 до 1977 року. Дані виявилися «важкими». Не в сенсі густини, а в сенсі маси.
Пояснення тау-частинки
Що вони побачили?
Тяжкі лептони. Пізніше названі тау-частинками.
Вони нестабільні. Вони не залишаються на місці. Вони розпадаються майже миттєво. Продукти розпаду – це нейтрино і електрон, або мюон.
Перл також виявив антау. Він розпадається на нейтрино або позитрон, або антимюон.
Чому це важливо?
Тому що це довело існування третього покоління фундаментальних частинок. До цього фізики вважали, що двох поколінь достатньо. Дані не вписувалися у теорію. Стандартна модель була неповною.
Тау-частка змусила модель розширитись. Вона стала необхідною. Без третього покоління математика фізики елементарних частинок руйнується
