Table Of ContentУДК 53(091)(092)
ББК 22.3г(0)6.д.п79
Н721
Интернет-магазин • физика
• математика
• биология
• нефтегазовые
http://shop.rcd.ru технологии
Издание осуществлено при финансовой поддержке
Российского фонда фундаментальных исследований
по проекту №04-02-30022.
(cid:0)
Нобелевские лекции по физике.1995–2004 гг. — М.–Ижевск: Институт
компьютерных исследований; НИЦ «Регулярная и хаотическая динами-
ка»;М.:Редакция журнала«Успехифизическихнаук»,2009. —796 стр.
Данное издание представляет собой второй том лекций нобелевских ла-
уреатов по физике за 1995–2004 года, дополненный биографическими и исто-
рическими сведениями. В нем содержатся классические лекции Г.’т Хоофта,
Д.Гросса, В.И.Алфёрова, В.Л.Гинзбурга и др., которые публиковались в раз-
ных номерах журнала «Успехи физических наук», но нигде в полном объеме
ранеенепредлагались.Данныйтомпозволяетотследитьвнутреннююдинамику
развитиянаукивтечениедесятилетия,ознакомитьсясвыдающимисяидеямииз
первоисточника, увидеть рождение величайших научных открытий.
Издание дополнено компакт-диском, где представлены полноцветные вер-
сии рисунков.
Книгабудетполезнойдляширокогокругаспециалистов, студентовиаспи-
рантов, в том числе для историков науки.
ISBN 978-5-93972-738-9
(cid:2)c The Nobel Foundation, Stockholm, 2009
(cid:2)c Институт компьютерных исследований, 2009
(cid:2)c Редакция журнала «Успехи физических наук», 2009
http://shop.rcd.ru
http://ics.org.ru
Оглавление
1995 М.Л.Перл, Ф.Райнес . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
М.Л.Перл. Размышления об открытии τ-лептона . . . . . 8
Ф.Райнес. Нейтрино: от полтергейста к частице . . . . . . 38
1996 Дэвид М.Ли, Дуглас Д.Ошеров, Роберт К.Ричардсон . 57
Д.М.Ли. Необычные фазы жидкого 3Не . . . . . . . . . . 58
Д.Д.Ошеров. Сверхтекучесть в 3Не: открытие и понимание105
Р.К.Ричардсон. Эффект Померанчука. . . . . . . . . . . . 134
1997 Стивен Чу, Клод Н.Коэн-Тануджи, Уильям Д. Филипс . 153
С.Чу. Управление нейтральными частицами . . . . . . . . 154
К.Н.Коэн-Тануджи. Управление атомами с помощью фо-
тонов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196
У.Д.Филипс. Лазерное охлаждение и пленение нейтраль-
ных атомов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226
1998 Роберт Б.Лафлин, Xорст Л.Штёрмер, Даниель Ч.Цуи. 269
Р.Б.Лафлин. Дробное квантование . . . . . . . . . . . . . 274
X.Штёрмер. Дробный квантовый эффект Холла . . . . . . 301
Д.Цуи. Соотношение беспорядка и взаимодействия в дву-
мерномэлектронномгазе,помещенномвсильноемагнитное
поле . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 337
1999 Герард ’т Хоофт, Мартинус Й.Г.Велтман . . . . . . . . . 349
Г. ’т Хоофт. Противостояние с бесконечностью . . . . . . 351
М.Й.Г.Велтман. От слабых взаимодействий к гравитации 366
2000 Жорес И. Алфёров, Герберт Крамер, Джек С. Килби . . 387
Ж.И.Алфёров. Двойныегетероструктуры:концепцияипри-
менения в физике, электронике и технологии . . . . . . . . 390
Г.Крёмер. Квазиэлектрическое поле и разрывы зон. Обу-
чение электронов новым фокусам . . . . . . . . . . . . . . . 437
Дж.С.Килби. Возможное становится реальным: изобрете-
ние интегральных схем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 470
6 ОГЛАВЛЕНИЕ
2001 Эрик А.Корнелл, Вольфганг Кеттерле, Карл Э. Виман . 487
Э.А.Корнелл, К.Э.Виман. Бозе-эйнштейновская конден-
сация в разреженном газе. Первые 70 лет и несколько по-
следних экспериментов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 490
В.Кеттерле. Когда атомы ведут себя как волны. Бозе-
эйнштейновская конденсация и атомный лазер . . . . . . . . 531
2002 Рэймонд Дэвис мл., Масатоши Кошиба, Риккардо Джи-
аккони. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 577
Р. Дэвис мл.. Полвека с солнечными нейтрино . . . . . . . 580
М.Кошиба. Рождение нейтринной астрофизики . . . . . . 604
Р. Джиаккони. У истоков рентгеновской астрономии . . . 623
2003 Алексей А.Абрикосов, Виталий Л.Гинзбург,
Энтони Дж.Леггетт . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 649
В.Л.Гинзбург. О сверхпроводимости и сверхтекучести
(что мне удалось сделать, а что не удалось), а также о «фи-
зическом минимуме» на начало XXI века . . . . . . . . . . . 651
А.А.Абрикосов. Сверхпроводники второго рода и вихре-
вая решетка. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 683
Э.Дж.Леггетт. Сверхтекучий 3Не: ранняя история гла-
зами теоретика . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 695
2004 Дэвид Дж. Гросс, X. Дэвид Политцер, Фрэнк Вильчек . 725
Д.Дж. Гросс. Открытие асимптотической свободы и появ-
ление КХД . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 727
Х.Д.Политцер. Нелегкая задача установления авторства . 753
Ф.А.Вильчек. Асимптотическая свобода: от парадоксов
к парадигмам . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 767
1995
Мартин Л.Перл
«за открытие τ-лептона»
Фредерик Райнес
«за обнаружение нейтрино»
М.Л.ПЕРЛ
Размышления об открытии τ-лептона*
Нобелевская лекция. Стокгольм, 1995 г.
Первые размышления
При подготовке этой лекции я прежде всего думал о девушках
и юношах, начинающих свою жизнь в науке: студентах и молодых
ученых. За 45 лет работы в области экспериментальных научных ис-
следований я провел несколько хороших экспериментов, среди которых
лучшим было открытие τ-лептона. Я также проводил исследования, ко-
торые, как оказалось, были неинтересными, и работал над эксперимен-
тами, которые провалились. И поэтому в процессе подробного рассказа
об открытии τ, за которое я был удостоен этой великой чести, я по-
стараюсь поделиться тем, чему научился, занимаясь экспериментальной
наукой. Я начну свои размышления с возврата во времена до откры-
тия τ, даже до возникновения моего интереса к лептонам. Я учился
в Политехническомуниверситете (тогда Бруклинский политехнический
институт)(PolytechnicInstituteofBrooklyn)ивсегданачиналпроектиро-
вание эксперимента с инженерных чертежей и с инженерных расчетов.
Мой повышенный интерес к инженерному и механистическому взгляду
на природу был перенесен и на занятия физикой.
Моя диссертационная работа [1] была выполнена в Колумбийском
университете(ColumbiaUniversity)вначале1950-хгг.подруководством
профессора Исидора Раби (Isidor Rabi). В исследованиях использовался
метод резонанса в атомных пучках, изобретенный Раби (за который он
получил Нобелевскую премию в 1944 г.). Оборудование моего экспери-
мента(рис.1) было сугубо механическими включало в себя медную ва-
куумнуюкамеру,пучокатомовнатрия,аккумуляторысподводнойлодки
для снабжения магнитов электроэнергиейи (в начале эксперимента)на-
стенный гальванометр для измерения тока пучка. В ходе этого диссер-
тационного эксперимента я выработал основы своего эксперименталь-
ного стиля. В процессе проектирования эксперимента и размышлений
о физике у меня всегда преобладал механистический взгляд. Что более
важно, мои размышления об элементарныхчастицах были физическими
и механистическими.В основном процессе рождения τ-лептонов
e++e− →τ++τ− (1)
*Переводсангл.С.В.Семенова.
1995 РАЗМЫШЛЕНИЯОБ ОТКРЫТИИτ-ЛЕПТОНА 9
я представляю позитрон, e+, и электрон, e−, мельчайшими частичками,
которые сталкиваются друг с другом и аннигилируют. Я вижу мель-
чайшее сформировавшееся облачко энергии, которое мы технически на-
зываем виртуальным фотоном, γ ; и затем я вижу, что это облачко
вирт
превращается в две мельчайшие частицы нового вещества — положи-
тельный τ-лептон, τ+, и отрицательный τ-лептон, τ−.
(cid:2)
(cid:11)
(cid:5) (cid:7)
(cid:3)
(cid:8)
(cid:6)
(cid:3) (cid:2) (cid:9)
(cid:4) (cid:4)
(cid:3)(cid:10)
(cid:3)(cid:3) (cid:3)(cid:2)
(cid:3)(cid:4) (cid:3)(cid:11)
(cid:3)(cid:5) (cid:3)(cid:6)
Рис. 1. Изавторскогодиссертационного(Ph.D. thesis)экспериментаватомных
пучках[1]:1—источник атомов,2—атомныйпучок,3—линза, 4—источник
света,5—затвор,6—шпилька,7—масс-спектрометр,8—источникионов,9—
пучок ионов, 10 — электронный умножитель, 11 — источник радиоволн, 12 —
модулятор, 13 — источник звуковых колебаний, 14 — узкополосныйусилитель,
15—запирающийдетектор,16—записывающееустройство.«Схемаустановки.
Для простотыисточник света изображен сбоку отустановки, но в действитель-
ности он расположен выше установки. Магнит C, обеспечивающий однородное
поле внутри «шпильки», не показан для простоты. Положение шести внешних
прямоугольников, обозначающих основные компоненты электроники, не соот-
ветствует реальному расположению»
В моем диссертационномэкспериментея впервые испытал удоволь-
ствие,тревогуииногдаболь,сопутствующиеэкспериментальнойработе:
удовольствие, когда эксперимент завершен и данные надежно записа-
ны; тревогу, когда эксперимент развивается плохо или прерван; боль,
когда эксперимент проваливается или когда экспериментатор соверша-
ет глупость. В этом эксперименте обработка данных занимала около
одного дня, и поэтому за неделю периоды тревоги и радости сменяли
друг друга по несколькураз. Когда я сломал вакуумный измерительный
прибор МакКлауда (McCloud) и ртуть разлилась в вакуумной камере,
боль от необходимостивосстанавливать прибор растянуласьна несколь-
10 М.Л.ПЕРЛ 1995
ко недель. При открытии τ эмоциональные спады и подъемы растяги-
вались на годы. И теперь я расскажу об исследовании, натолкнувшем
меня на мысль о тяжелых лептонах.
От сильных взаимодействий к электрон-мюонной
проблеме
В течение восьми замечательных и плодотворных лет в Мичиган-
ском университете я изучил технику экспериментальных исследований
в физикеэлементарныхчастиц(сцинтилляционныесчетчики,пузырько-
вые камеры, триггерную электронику и анализ данных), работая с мо-
ими коллегами Лоуренсом Джонсом (Lawrence Jones), Дональдом Мей-
ером (Donald Meyer) и позднее Михаэлем Лонго (Michael Longo). Мы
изучали эту технику вместе, часто добавляя наши собственные усовер-
шенствования. Одним из наиболее приятных опытов стала разработка
люминесцентной камеры (рис. 2) Джонсом и мной с помощью нашего
студента Кван Лея (Kwan Lai) [2]. Мы фотографировали и регистри-
ровали треки заряженных частиц в кристаллах йодистого натрия, ис-
пользуя примитивные электронные трубки, усиливающие сигнал света,
приходящего от трека.
Я работал в физике сильных взаимодействий. Джонс и я, исполь-
зуя искровые камеры, провели на Беватроне (Bevatron) ряд аккуратных
измерений упругого рассеяния пионов на протонах [3,4]. Позже, когда
я уже покинул Мичиганский университет и работал в Стенфордском
университете, Лонго и я вместе с моим студентом Михаелем Крайсле-
ром (Michael Kreisler) применили новый метод для измерения упругого
рассеяния нейтронов на протонах [5].
Эти эксперименты по упругому рассеянию приятны мне по многим
причинам. Оборудование было механическим и состояло из больших
сверкающихискровыхкамерифотокамерысоспециальнымустройством
длябыстрогопродвиженияпленки.Системасчитыванияданных работа-
ла быстро, и окончательные результаты легко объединялись в несколь-
ких графиках. Тем не менее постепенно я становился все более недо-
волен теорией, объяснявшей наши измерения. Я компетентен в матема-
тике, но не люблю громоздких математических объяснений и теорий,
а в 1950-х и 1960-х гг. теория сильных взаимодействий была слож-
ной, запутанной и ни к чему не приводящей наукой. Я начал думать
об электроне и мюоне — элементарных частицах, которые не участвуют
в сильных взаимодействиях.
Электронбылоткрытвконцедевятнадцатогостолетия.Полноеопи-
сание его природы было выполнено Дж.Дж.Томсоном (J.J.Thomson)
в 1890-х гг. Он получилНобелевскую премию в 1906 г. за исследование
электроннойпроводимостивгазах.Мюонбылобнаруженвкосмических
лучах в 1930-х гг. В таблице 1 приведены свойства электрона и мюона
в том виде, как они были известны в 1960-х гг. Эта таблица остается
правильной и сейчас.
