Martin Lewis Pearl nie tylko znalazł cząstkę. Odkrył lukę w naszym rozumieniu wszechświata.
Kiedy Pearl odkrył lepton tau w połowie lat 70. XX wieku, Model Standardowy fizyki cząstek elementarnych dopiero nabierał rozpędu. Opisał dwie generacje cząstek elementarnych. Trzeciego zabrakło. Była to oczywista luka w teorii. Praca Pearl wypełniła tę lukę.
Za to przełomowe odkrycie otrzymał w 1995 roku Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki. Została przyznana nie za bliżej nieokreślony wkład, ale konkretnie za odkrycie cząstki tau – masywnego leptonu o ładunku ujemnym. Sama cząstka jest cięższa od swoich „krewnych”, elektronu i mionu. Rozpada się szybciej, niż możesz mrugnąć. W mniej niż bilionową część sekundy.
Pearl podzieliła się nagrodą z Fredericiem Reinesem. Reines odkrył neutrina w latach pięćdziesiątych XX wieku. Dwa wspaniałe skoki. Dwóch laureatów Nagrody Nobla. Związek między ich pracą jest głęboko zakorzeniony w historii badań cząstek subatomowych.
Od inżynierii chemicznej po fizykę jądrową
Droga Perla do Nagrody Nobla nie była bezpośrednia. Daleko mu było do prostoty.
Urodzony w Brooklynie w 1927 r., ukończył Brooklyn Polytechnic Institute w 1948 r. Instytut jest obecnie częścią Politechniki Nowojorskiej. Jego dyplom był w inżynierii chemicznej. Przez dwa lata pracował jako inżynier chemik. Potem zmienił kierunek.
Wstąpił na Uniwersytet Columbia. Tam studiował fizykę jądrową i uzyskał stopień doktora filozofii w 1955 roku.
Od 1955 do 1963 wykładał na Uniwersytecie Michigan. Następnie przeniósł się na Uniwersytet Stanforda. Pracował tam przez dziesięciolecia. W 2004 roku otrzymał tytuł profesora honorowego (emerytowany profesor). Nie porzucił nauki, po prostu zmienił stanowisko.
Wyszukaj w SLAC
Prawdziwa praca rozpoczęła się w Centrum Akceleratorów Liniowych Stanforda (SLAC).
W 1966 roku Pearl był częścią zespołu próbującego znaleźć nowe naładowane leptony. Spychali razem elektrony. Ale to, czego szukali, nie zostało znalezione. Próba nie powiodła się.
Ale sprzęt się zmienił. Na początku lat 70. XX wieku zaczął działać nowy akcelerator. Osiągnął poziom energii, który był wcześniej nieosiągalny. To nie była tylko aktualizacja. To był klucz do zamkniętych drzwi.
Pearl wykorzystał ten akcelerator do rejestracji czołowych zderzeń elektronów i pozytonów. Pozytony są antycząstkami elektronów. Są to lustrzane odbicia o przeciwnych ładunkach.
Eksperymenty przeprowadzono w latach 1974–1977. Dane okazały się „ciężkie”. Nie w sensie gęstości, ale w sensie masy.
Wyjaśnienie cząstek Tau
Co zobaczyli?
Ciężkie leptony. Później zwane cząstkami tau.
Są niestabilne. Nie pozostają na miejscu. Rozpadają się niemal natychmiast. Produkty rozpadu to neutrino i elektron lub mion.
Pearl odkryła także antau. Rozpada się na neutrino i pozyton lub antymion.
Dlaczego to jest ważne?
Ponieważ udowodnił istnienie trzeciej generacji cząstek elementarnych. Wcześniej fizycy uważali, że dwa pokolenia wystarczą. Dane nie pasowały do teorii. Model standardowy był niekompletny.
Cząstka tau spowodowała rozszerzenie modelu. Stało się to konieczne. Bez trzeciej generacji matematyka fizyki cząstek załamuje się
