Мартин Льюис Перл не просто нашел частицу. Он обнаружил пробел в нашем понимании Вселенной.
Когда в середине 1970-х годов Перл открыл тау-лептон, Стандартная модель физики элементарных частиц только набирала обороты. В ней было описано два поколения фундаментальных частиц. Третье отсутствовало. Это был очевидный пробел в теории. Работа Перла восполнила этот пробел.
За это конкретное прорывное открытие он получил Нобелевскую премию по физике 1995 года. Она была присуждена не за неопределенный вклад, а именно за открытие тау-частицы — массивного лептона с отрицательным зарядом. Сама частица тяжелее своих «родственников», электрона и мюона. Она распадается быстрее, чем вы успеете моргнуть. Менее чем за триллионную долю секунды.
Перл разделил эту премию с Фредериком Райнесом. Райнес открыл нейтрино в 1950-х годах. Два грандиозных скачка. Два нобелевских лауреата. Связь между их работами глубоко укоренена в истории исследований субатомных частиц.
От химической инженерии к ядерной физике
Путь Перла к Нобелевской премии не был прямым. Он был далек от прямого.
Родившись в Бруклине в 1927 году, он окончил Политехнический институт Бруклина в 1948 году. Сейчас этот институт является частью Политехнической школы инженерии Нью-Йоркского университета (NYU Polytechnic School of Engineering). Его степень была в области химической инженерии. Он два года работал химическим инженером. Затем он сменил направление.
Он поступил в Колумбийский университет. Там он изучал ядерную физику и получил степень доктора философии (Ph.D.) в 1955 году.
С 1955 по 1963 год он преподавал в Мичиганском университете. Затем он перешел в Стэнфордский университет. Он проработал там десятилетиями. В 2004 году он получил звание почетного профессора (professor emeritus). Он не ушел из науки, он просто сменил должность.
Поиск в SLAC
Настоящая работа началась в Стэнфордском линейном ускорительном центре (SLAC).
В 1966 году Перл входил в команду, которая пыталась найти новые заряженные лептоны. Они сталкивали электроны. Но то, что они искали, не было найдено. Попытка провалилась.
Но оборудование изменилось. В начале 1970-х годов начал работу новый ускоритель. Он достиг уровней энергии, которые ранее были недоступны. Это было не просто обновление. Это был ключ к запертой двери.
Перл использовал этот ускоритель для регистрации лобовых столкновений электронов и позитронов. Позитроны являются античастицами электронов. Они являются зеркальными отражениями с противоположными зарядами.
Эксперименты проводились с 1974 по 1977 год. Данные оказались «тяжелыми». Не в смысле плотности, а в смысле массы.
Объяснение тау-частицы
Что же они увидели?
Тяжелые лептоны. Позже названные тау-частицами.
Они нестабильны. Они не остаются на месте. Они распадаются почти мгновенно. Продукты распада — это нейтрино и либо электрон, либо мюон.
Перл также обнаружил антау. Он распадается на нейтрино и либо позитрон, либо антимюон.
Почему это важно?
Потому что это доказало существование третьего поколения фундаментальных частиц. До этого физики считали, что двух поколений достаточно. Данные не вписывались в теорию. Стандартная модель была неполной.
Тау-частица заставила модель расшириться. Она стала необходимой. Без третьего поколения математика физики элементарных частиц рушится
