Нобелови лауреати – 1957 година

Ян Ченин (杨振宁)

1 октомври 1922 г.

Нобелова награда за физика (заедно с Ли Джендао)

(За задълбоченото изследване на така наречения закон за четността, довело до важни открития в областта на елементарните частици.)

Американският физик от китайски произход Ян Ченин е роден в Хъфей (провинция Анхуей); той е най-голямото дете от петте деца на Ян Кечуан, професор по математика, и жена му, чието моминско име е Ло Менхуа. През 1929 г. семейството се мести в Пекин, където професор Ян преподава в университета „Цинхуа“, а синът му посещава средно училище. Когато Япония нахлува в Китай, университетът „Цинхуа“ е прехвърлен в град Кунмин и там се присъединява към Националния югозападен обединен университет. Ян постъпва в новия университет, където по-късно негов състудент става Ли Джендао, и получава през 1924 г. степента бакалавър по физика, след като пише дипломна работа, свързана с теорията за групите и молекулярните спектри. През 1944 г. Ян получава степента магистър, като представя дисертация, посветена на статистическата теория за преходите от подредено към неподредено състояние. През 1945 г. със стипендия на Националния югозападен обединен университет постъпва в Чикагския университет, за да работи под ръководството на Енрико Ферми. Докторската му дисертация, представена през 1948 г., е със заглавие „За ъгловото разпределение в ядрените реакции и измеренията на съвпаденията“ („On the Angular Distribution in Nuclear Reaction and Coincidence Measurements“).

Оставайки в Чикаго още една година, Ян работи като преподавател по физика, след което започва работа в Института за фундаментални изследвания в Принстън (щат Ню Джърси). През академичната 1953/54 г. той е главен физик на Брукхейвънската национална лаборатория в Лонг Айлънд (Ню Йорк). Става професор по физика в Института за фундаментални изследвания през 1955 г. и остава на този пост повече от 11 години, а след това се мести в Университета на щата Ню Йорк в Стоуни Брук, Лонг Айлънд, като професор и директор на Института за теоретична физика.

Именно по това време Ян осъществява редовни срещи с Ли, който е вече в Колумбийския университет, за да продължат обсъждането на проблемите на физиката, което са започнали, докато учат в Чикаго. През май 1956 г. те обръщат внимание на един проблем, засягащ закона за запазването на четността. Запазването на четността следва от една от симетриите в природата, призната от физиците. Това между другото означава, че природата не е ориентирана нито надясно, нито наляво, така че огледалното отражение на взаимодействието на частиците трябва да се подчинява на същите закони, на които се подчинява взаимодействието, ако четността се запазва.

В квантовата механика всяка частица или система от частици се описва с определен математически израз, който се нарича вълнова функция. Огледалното отражение води до замяна на пространствените координати х, у и z с - х, - у и - z. Ако при това знакът на функцията се сменя с противоположен, четността на частицата или на системата е равна на – 1 (нечетна). А ако функциите не се променят, четността е равна на + 1 (четна). Законът за запазване на четността, формулиран за първи път през 1925 г., твърди, че общата четност (произведението на четността на всички участващи частици) е еднаква както преди, така и след взаимодействието. Законът получава всеобщо признание, защото води до полезни теоретични и експериментални резултати, а вероятно и защото отговаря на желанието на физиците да намират в природата подобни симетрии. Повечето чувстват интуитивно, че природата не предпочита дясното пред лявото и обратно.

Проблемът за запазването на четността възниква във връзка с два съвсем различни К-мезона, нестабилни частици, наблюдавани сред другите фрагменти след високоенергетична бомбардировка на атомни ядра. Единият то тях (тета) се разпада на два пи-мезона и тъй като пи-мезонът притежава известна четност – 1, общата четност на двата пи-мезона е (–1)·(–1) = +1. Следователно родителската тета частица трябва да има четност +1. Напротив, тау частицата, която дава началото на три пи-мезона, трябва да има четност (–1)·(–1)·(–1) = –1. Следователно, от една страна, ако тета или тау мезоните имат различни четности, те трябва да са различни частици. От друга страна, експерименталните данни, като например тези, че притежават еднакви маси и време на живот, карат да се предположи, че става дума за една и съща частица. Като се задълбочават в тази на пръв поглед неразрешима дилема, Ян и Ли решават да намерят експериментално потвърждение на закона за запазване на четността.

При взаимодействието на частиците участват четири сили: силно взаимодействие, съединяващо протоните и неутроните в ядрото; електромагнитна сила, действаща върху заредените частици; слабо взаимодействие, свързано с излъчването на частици по време на радиоактивното разпадане, и гравитация – сила, действаща върху масата. За свое учудване Ян и Ли откриват, че има многобройни експериментални потвърждения за запазване на четността при силното и електромагнитното взаимодействие, но такова потвърждение отсъства напълно за слабите взаимодействия. Гравитацията е дотолкова относително слаба сила, че при взаимодействието на елементарните частици обикновено се пренебрегва. В нито един от отчетите на учените няма потвърждение на принципа за запазване на четността при слабите взаимодействия, макар че разпадането на тета и тау частиците на пи-мезони включват такива взаимодействия. Ян и Ли измислят бързо как да осъществят експерименти, позволяващи да се даде точен отговор на въпроса запазва ли се четността при слабите взаимодействия. Понеже са теоретици, те предоставят самото провеждане на експериментите на други.

Първа откликва на техния призив Ву Дзинсян от Колумбийския университет заедно с физиците от Националното бюро за стандартите на САЩ. През 1956-1957 г., след шест месеца изнурителна подготовка за трудния експеримент, Ву поставя радиоактивен кобалт в електромагнит и го охлажда до температура, близка до абсолютната нула, за да сведе до минимум влиянието на топлинното движение. Кобалтът излъчва бета-частици (електрони) и неутрино (незаредени частици с нулева маса). Понеже атомите имат поведение на малки магнити, техните направления са паралелни на електромагнитното поле, задаващо определената ориентация. Ако четността се запазва при радиоактивното разпадане на кобалта, което е слабо взаимодействие, по посока на северния и южния полюс на магнита би трябвало да се насочват равен брой излъчвани електрони. Ву открива, че повече електрони се насочват към южния край. Четността не се запазва. Последвалите след това експерименти на други учени потвърждават почти веднага нарушаването на закона за запазване на четността при разпадането и превръщането на пи-мезоните в мю-мезони и на мю-мезоните в електрони и неутрино (или антинеутрино). В мю-мезоните и електроните се проявява асиметрия на направленията напред-назад.

Поради неизпълнението на закона за четността Ян и Ли изказват предположението, че тета и тау са наистина една и съща частица, способна на два различни вида разпадане. Нарушаването на закона за запазването на четността предизвиква лавина от теоретични и експериментални изследвания. С тях учените свързват надеждите си да бъде създадена единна теория за полето, обединяваща четирите известни взаимодействия – идея, който е свързана пряко с името на Алберт Айнщайн.

Основните научни интереси на Ян лежат в областта на теорията за полето, на елементарните частици, на статистическата механика (науката за атомния произход на топлинните явления) и на принципите на симетрията. Новият принцип за описване на взаимодействието на частиците и полето, който предлага през 1954 г. заедно с Робърт Л. Милс, работещ по това време в Брукхейвънската национална лаборатория, става основа за много изследвания в областта на фундаменталната физика, известна като калибровъчна теория. Смята се, че калибровъчният принцип лежи в основата на всички основни взаимодействия в природата.

Ян посещава Китайската народна република ежегодно от 1971 г. насам, помагайки за установяването на взаимно разбирателство и дружба между своята родина и Съединените щати. Той се жени за Ту Чили през 1950 г.; семейството има двама сина и една дъщеря. Преди да замине за САЩ през 1945 г., Ян решава да си избере име, което американците да произнасят лесно. Избира си името Франклин, защото се възхищава от Бенжамин Франклин, чиято биография познава добре, и американските му приятели го наричат Франк. Става гражданин на САЩ през 1964 г.

Ян има почетни докторски степени от Принстънския, Минесотския и Дърамския университет, а също така от няколко института. Присъдена му е паметната награда Алберт Айнщайн на университета „Йешива“ (1957 г.) и медала Ръмфорд на Американската академия на науките и изкуствата (1980 г.). Член е на американската Национална академия на науките, на Американското философско дружество, на Бразилската академия на науките, на Венесуелската академия на науките и на Американското физическо дружество.

Превод от руски: Павел Б. Николов