Перейти в начало сайта Перейти в начало сайта
Электронная библиотека «Наука и техника»
n-t.ru: Наука и техника
Начало сайта / Лауреаты Нобелевской премии / Премия по физике
Начало сайта / Лауреаты Нобелевской премии / Премия по физике

Научные статьи

Физика звёзд

Физика микромира

Журналы

Природа

Наука и жизнь

Природа и люди

Техника – молодёжи

Нобелевские лауреаты

Премия по физике

Премия по химии

Премия по литературе

Премия по медицине

Премия по экономике

Премия мира

Книги

Во главе двух академий

Как мы видим то, что видим

Квантовый мир

Превращение элементов

Среди запахов и звуков

Химия вокруг нас

Издания НиТ

Батарейки и аккумуляторы

Охранные системы

Источники энергии

Свет и тепло

Научно-популярные статьи

Наука сегодня

Научные гипотезы

Теория относительности

История науки

Научные развлечения

Техника сегодня

История техники

Измерения в технике

Источники энергии

Наука и религия

Мир, в котором мы живём

Лит. творчество ученых

Человек и общество

Образование

Разное

РУББИА (Rubbia), Карло

род. 31 марта 1934 г.

Нобелевская премия по физике, 1984 г.
совместно с Симоном ван дер Мером

 

Итальянский физик Карло Руббиа родился в маленьком городке провинции Гориция, расположенном неподалеку от итало-югославской границы, и был старшим сыном инженера-электрика Сильвио Руббиа и учительницы начальной школы Беатриче (в девичестве Личени) Руббиа. Способности к науке и технике у мальчика проявились рано он проводил много времени, изучая электрическое оборудование средств связи, брошенных во время второй мировой войны.

К концу войны югославская армия заняла большую часть провинции Гориция, и семья Руббиа эвакуировалась сначала в Венецию, затем в Удине и, наконец, поселилась в Пизе. После окончания средней школы Р. намеревался изучать физику в привилегированной школе, входившей в состав Пизанского университета, но провалился на вступительных экзаменах из-за пробелов в образовании, вызванных войной. Вынужденный оставить мечту о физике, Р. поступает на инженерный факультет Миланского университета. Через несколько месяцев он получает уведомление о том, что может вернуться в Пизу и поступить на образовавшуюся в последний момент вакансию. Впоследствии Р. заметил по этому поводу, что стал физиком благодаря случаю. Он продолжает свое образование в Пизе и в 1958 г. пишет докторскую диссертацию, посвященную экспериментальному исследованию космических лучей и разработке приборов для детектирования элементарных частиц, образующихся в ускорителях при столкновениях других частиц, разогнанных до высоких энергий.

Чтобы набраться опыта, особенно в области ускорителей, Р. проводит 1958/59 учебный г. в Колумбийском университете, где работает со Стивеном Вайнбергом и другими ведущими учеными в области физики частиц высоких энергий. По возвращении в Италию в 1960 г. он работает какое-то время в Римском университете, а затем переходит в ЦЕРН (Европейский центр ядерных исследований) – консорциум тринадцати европейских государств, расположенный в Швейцарии, неподалеку от Женевы. Незадолго до этого ЦЕРН построил самый мощный в мире ускоритель частиц – протонный синхротрон, с помощью которого исследователи надеялись получить элементарные частицы, предсказанные теоретически, но еще не подтвержденные экспериментально.

Физикам известно четыре фундаментальных взаимодействия, существующих в природе: гравитационное (притяжение между массами), электромагнитное (взаимодействие между электрически заряженными или магнитными телами), «сильное» (взаимодействие, не дающее распасться ядру, компенсирующее отталкивание несущих электрический заряд протонов и удерживающее не имеющие заряда нейтроны) и «слабое» (взаимодействие, связанное с радиоактивным распадом некоторых нестабильных ядер, в частности с испусканием бета-частиц, или электронов). Считалось, что фундаментальные взаимодействия осуществляются путем обмена частицами, или квантами силовых полей, представляющими собой, как считалось с первых дней существования квантовой теории, дискретные порции, из которых слагается энергия. Первой такой частицей переносчиком взаимодействия, которая была обнаружена, оказался фотон – квант электромагнитного излучения, например света. Развитие современной квантовой механики, признающей дуализм волна – частица, привело физиков к неизбежному выводу о том, что свет, волновая природа которого была признана на протяжении почти двух столетий, ведет себя как поток дискретных частиц. Теория относительности Альберта Эйнштейна ввела эквивалентность массы и энергии, что дало теоретическое и практическое средство для анализа взаимодействий, затрагивающих массы частиц и лишенное массы излучение.

Так, при электромагнитном взаимодействии заряженных частиц, например электрона и протона, происходит обмен безмассовыми фотонами. В 1935 г. японский физик Хидэки Юкава чисто теоретически предсказал, что взаимодействие внутри ядра может осуществляться полями, квант которых обладает массой, и оценил вероятное значение этой массы. Предсказанная Юкавой частица была обнаружена в 1947 г. английским физиком Сесилом Ф. Пауэллом в столкновениях высокоэнергетических космических лучей с ядрами. Частица получила название пи-мезона, или пиона, масса ее примерно в 200 раз больше массы электрона Пион является переносчиком сильного взаимодействия. Позднее пион был получен и в лабораторных условиях на мощных ускорителях. Было открыто много различных мезонов и других субатомных частиц. Активная деятельность в этой области продолжается и поныне. Одни физики предлагают теории, позволяющие навести некое подобие рационального порядка в дикой мешанине частиц, другие пытаются строить все более и более мощные ускорители, с тем чтобы сделать наблюдаемыми все большее количество частиц.

Существование четырех фундаментальных взаимодействий не нравилось физикам, и они давно пытались создать теории, которые бы объединили все взаимодействия. В 1960 г. американский физик Шелдон Л. Глэшоу предложил единую теорию электромагнитного и слабого взаимодействия (объединенное взаимодействие получило название электрослабого), которая требовала, однако, существования трех не наблюдавшихся ранее частиц W+ – с положительным электрическим зарядом, W – с отрицательным электрическим зарядом и Z0 – с нулевым зарядом. Все три частицы попали в один класс частиц, называемых бозонами (а честь индийского физика Шатьендраната Бозе). Фотон, пион и ядра с четным числом нуклонов (протонов и нейтронов) также являются бозонами. Стивен Ванберг и Абдус Салам независимо друг от друга предсказали, что бозоны Глэшоу должны быть короткоживущими и должны иметь массу, примерно в десять раз большую, чем масса любой из известных элементарных частиц. Из-за больших ожидаемых масс для рождения таких частиц требуются необычайно высокие энергии.

В 1969 г. Р. вместе с Альфредом Манном и Дэвидом Клайном решил заняться поиском W- и Z-частиц в Фермиевской национальной ускорительной лаборатории (Фермилаб) близ Чикаго. Через два года они приостановили свои работы, чтобы объявить о получении данных, свидетельствующих о существовании нейтральных токов – потока незаряженных частиц, ожидаемых как следствие обмена Z0-частицами. Сообщение группы Р., если бы оно подтвердилось, означало бы подтверждение теории Глэшоу – Вайнберга – Салама. Однако, после того как исследователи из ЦЕРНа, также занимавшиеся поиском неуловимых токов, объявили в 1973 г. о том, что им удалось получить почти окончательные данные, группа из Фермилаба поспешно опубликовала статью, в которой признавала, что ей не удалось обнаружить нейтральные токи. Через год группа еще раз изменила свое мнение и опубликовала исчерпывающе подробную статью о существовании нейтральных токов. Хотя правильность выводов последней статьи ни у кого не вызвала сомнений, эпизод с отказом от открытия нейтральных токов несколько «подмочил» репутацию Р.

Располагая новыми данными, косвенно подтверждающими существование W- и Z-частиц, Р. снова принимается за их поиски. Однако ни один существовавший тогда ускоритель не позволял достичь энергий, необходимых для рождения столь массивных частиц. В 1976 г. Р., Клайн и Питер Макинтайр внесли радикальное предложение о переделке имевшегося в ЦЕРНе ускорителя в сверхмощный протонный синхротрон (СПС), чтобы разгонять частицы до высоких энергий с целью получения в нем пучков протонов и антипротонов, циркулирующих по одному и тому же кольцеобразному туннелю в противоположных направлениях и сталкивающихся после разгона до нужных энергий на встречных курсах. П.А.М. Дирак предсказал в 1928 г. существование антиматерии в форме антиэлектрона – частицы-близнеца отрицательно заряженного электрона, но с положительным зарядом. Столкновение материи и антиматерии приводит к аннигиляции обеих масс с выделением энергии. Теория Дирака была подтверждена в 1932 г., когда Карл Д. Андерсон открыл антиэлектрон (называемый сейчас позитроном).

Предложение Руббиа – Клайна – Макинтайра требовало решения многих трудных проблем и было встречено с изрядным скептицизмом. Тем не менее Р., известному своим неистощимым оптимизмом и «пробивными» способностями, удалось убедить ЦЕРН принять в 1979 г. проект постройки СПС ориентировочной стоимостью в 100 млн. долларов.

Одним из наиболее важных пунктов осуществления замыслов было создание сложного детектора для обнаружения частиц, рождающихся при столкновениях, и определения их характеристик, таких, как энергия и направление движения. Работая с группой, насчитывавшей более 100 человек, Р. и его коллеги построили 1200-тонную детекторную камеру, позволявшую идентифицировать и определять свойства примерно десяти разыскиваемых частиц, которые экспериментаторы надеялись обнаружить (по одной на каждый млрд. столкновений). Меньший – 200-тонный – детектор был построен второй группой для других экспериментов и подтверждения результатов, получаемых с помощью первого детектора.

Проблема получения достаточного количества антипротонов (антиматерия встречается крайне редко) была решена Симоном ван дер Мером. Предложенный им метод состоял в том, что антипротоны, рождающиеся при бомбардировке твердой медной мишени короткими сериями импульсов очень быстро движущихся протонов от протонного синхротрона (ПС), отводились и собирались в специальном накопительном кольце. Сложная система электродов фокусировала антипротоны, собирая их в «пачки» импульсы. Затем антипротоны из накопительного кольца снова инжектировались в ПС, получая предварительное ускорение, и поступали в СПС вместе со «сгустками» протонов, предварительно ускоренных аналогичным образом. Затем частицы и античастицы окончательно ускорялись до энергии в 300 млрд. электрон-вольт. Поскольку частицы и античастицы имеют заряды противоположных знаков, они обращаются по откачанному до глубокого вакуума кольцу диаметром около 4 миль в противоположных направлениях в виде трех «сгустков» частиц каждого сорта и сталкиваются в шести вполне определенных точках, в двух из которых расположены детекторы.

Эксперименты начались в 1982 г., и в течение одного месяца удалось обнаружить пять W-частиц. Во избежание преждевременных заявлений об открытии Р. выждал до конца 1983 г. и опубликовал сообщение своей группы об открытии W+ и W-частиц только после тщательного анализа экспериментальных данных, а еще через несколько месяцев сообщил об открытии Z0-частицы.

В 1984 г. Р. и ван дер Мер были удостоены Нобелевской премии по физике «за решающий вклад в большой проект, который привел к открытию квантов поля W- и Z-частиц, переносчиков слабого взаимодействия». При презентации лауреатов, Геста Экспонг, член Шведской королевской академии наук, заявил:

«Когда в ЦЕРНе были открыты W- и Z-частицы, сбылась давняя мечта о лучшем понимании слабого взаимодействия, которое оказывается слабым именно потому, что W- и Z-частицы такие тяжелые». В заключение своей речи Экспонг высказал предположение, что «открытие W- и Z-частиц войдет в историю физики как открытие радиоволн и фотонов света – переносчиков электромагнетизма».

Незадолго до объявления о присуждении премии Р. со своей группой сообщил об открытии t-кварка элементарной частицы, которую считают фундаментальной составляющей других частиц, таких, как протоны и нейтроны. Р. выступил также с предложением о пристройке нового и гораздо более мощного ускорителя протонов к большому электрон-позитронному коллайдеру ЦЕРНа.

С 1970 г. Р. проводит полгода, занимаясь преподавательской деятельностью, в Гарвардском университете, где в 1986 г. он стал профессором физики, а другую половину – как старший физик в ЦЕРНе. Энергичный, не ведающий покоя, легкий на подъем, Р. пользуется признанием не только как искусный экспериментатор, но и как гибкий и динамичный руководитель проектов.

В 1957 г. Р. женился на учительнице физики средней школы Маризе Роме. Чета Руббиа, у которой родились сын и дочь, живет в Женеве и имеет дом близ Бостона (штат Массачусетс).

В 1985 г. Р. был награжден итальянским Большим крестом и премией Джорджа Ледли Гарвардского университета. Он состоит членом Европейской академии наук и Американской академии наук и искусств, а также является иностранным членом Лондонского королевского общества. Он – почетный доктор многих университетов, в т. ч. университетов Женевы, Генуи, Северо-Западного, Карнеги – Меллона, Удине и Ла-Платы.

 

Ранее опубликовано:

Лауреаты Нобелевской премии: Энциклопедия: Пер. с англ.– М.: Прогресс, 1992.
© The H.W. Wilson Company, 1987.
© Перевод на русский язык с дополнениями, издательство «Прогресс», 1992.

Дата публикации:

15 августа 2000 года

Электронная версия:

© НиТ. Лауреаты Нобелевской премии, 1998

В начало сайта | Книги | Статьи | Журналы | Нобелевские лауреаты | Издания НиТ | Подписка
Карта сайта | Cовместные проекты | Журнал «Сумбур» | Игумен Валериан | Техническая библиотека
© МОО «Наука и техника», 1997...2016
Об организацииАудиторияСвязаться с намиРазместить рекламуПравовая информация
Яндекс цитирования
Яндекс.Метрика