НОБЕЛОВИ ЛАУРЕАТИ / 1979 г. / ФИЗИКА / АБДУС САЛАМ

Абдус Салам (عبد السلام‎)

29 януари 1926 г. – 21 ноември 1996 г.

Нобелова награда за физика (заедно с Шелдън Лий Глашоу и Стивън Уайнбърг)

(За приноса му в теорията за обединяване на слабите и електромагнитните взаимодействия между елементарните частици, включително и за предсказването на слабите неутрални токове.)

Пакистанският физик Абдус Салам е роден в градчето Джанг, син е на Мохамад Хюсеин, служител в районното управление по образованието, и на Хаджира Хюсеин. Учи в Правителствения колеж към Пенджабския университет в Лахор, който завършва през 1947 г. със степента бакалавър. След това, като получава специална стипендия, постъпва в колежа „Сейнт Джон“ към Кеймбриджкия университет в Англия, където през 1949 г. получава степента магистър с най-висок успех по математика и физика. Той остава в Кеймбридж и през 1952 г. защитава в лабораторията „Кавендиш“ докторска дисертация по теоретична физика, посветена на квантовата електродинамика. Още с публикуването на дисертацията си привлича вниманието на цялата международна общност на физиците.

През 1951 г. Салам става професор по математика в Правителствения колеж. Отначало той иска да създаде в Пакистан училище за специалисти по теоретична физика, но скоро осъзнава, че не може да се занимава успешно с наука, живеейки толкова далече от водещите европейски изследователски центрове, и през 1945 г. се връща в Кеймбридж като лектор по математика. От 1957 г. ръководи катедрата по теоретична физика в лондонския Имперски колеж. Също така е директор на Международния център по теоретична физика в Триест (Италия), основан през 1964 г. за поощряване на работата на учените от развиващите се страни.

От средата на 50-те години Салам се опитва да създаде единна теория за всички сили, наблюдавани в природата, иначе казано – да реши задача, водеща началното си още от XIX в. През 70-те години на XIX в. шотландският матемтик и физик Джеймс Кларк Максуел създава единна теория за електричеството и магнетизма, свеждайки ги до едно взаимодействие – електромагнетизъм. По-късно физиците се опитват да създадат теория, която да обхваща не само електромагнетизма, но и гравитацията, а също така силното и слабото взаимодействие (силното взаимодействие държи заедно протоните и неутроните, образуващи атомното ядро; слабото взаимодействие ги разделя). И слабото, и силното взаимодействие се различават съществено от известните по-рано сили. Докато гравитацията и електромагнетизмът имат неограничен радиус на действие, силното взаимодействие е ефективно само на разстояния, които не надвишават размерите на атомното ядро, а слабото взаимодействие се проявява на още по-малки разстояния.

Новите творчески идеи, за които Салам, Шелдън Лий Глашоу и Стивън Уайнбърг са удостоени с Нобелова награда, водят до създаването на теория, обединяваща електромагнетизма и слабото взаимодействие. Както при осъщественото от Максуел обединяване на електричеството и магнетизма, теорията на Салам, Глашоу и Уайнбърг позволява да се представят електромагнитното и слабото взаимодействие като различни аспекти на единно „електрослабо“ взаимодействие. В началото на 60-те години Салам и Глашоу, независимо един от друг, предприемат опит да обединят електромагнетизма и слабото взаимодействие, основавайки се на понятието, известно като калибровъчна симетрия. Под калибровъчна симетрия е прието да се разбират свойствата или отношенията, оставащи непроменени при промяна на мащаба или на началната точка на относителното измерване. През 1954 г. Ян Джънин и Робърт Л. Милс, работейки в Брукхейвънската национална лаборатория, се опитват безуспешно да обобщят принципа на калибровъчната симетрия, за да се вземе предвид силното вза-имодействие. Но получените от тях изводи стават стимул за по-нататъшната работа на Салам, Глашоу и Уайнбърг.

През 1960 г. Глашоу предлага единна теория за електромагнетизма и слабото взаимодействие, позволяваща да се предскаже съществуването на четири частици, които пренасят взаимодействието – фотон (който пренася електромагнитното взаимодействие) и три частици, наречени по-късно W±, W– и Z₀ (които пренасят слабото взаимодействие). Една от основните трудности в теорията на Глашоу идва от твърдението, че всичките частици нямат маса. Според квантовата механика радиусът на действието на силите е обратно пропорционална на масата на пренасящите частици. Следователно нулевата маса означава безкраен радиус на електромагнитното и слабото взаимодействие. Това теоретично предсказание противоречи на експериментални данни.

За да поправи положението, Глашоу постулирал за частиците W±, W– и Z₀ големи маси. Но подобна стратегия не се увенчава с успех, защото след включването на масите теорията започва да води до невъзможни резултати, например до предсказване на безкрайна интензивност на някои слаби взаимодействия. Аналогични проблеми, появили се две десетилетия по-рано в теорията за електромагнитното взаимодействие, са решени с помощта на математическа процедура, получила названието ренормализация, но в случаите на електрослабо взаимодействие теорията за ренормализацията не позволява да се отстранят безкрайните интензивности. Проблемът с масивните W и Z частици е решен след няколко години, когато Уайнбърг, Салам и други учени прилагат нови методи.

Салам и Уайнбърг, работейки независимо и използвайки калибровъчната система на Шелдън Глашоу, публикуват съответно през 1967 и 1968 г. единна теория за слабото и електромагнитното взаимодействие. Те предлагат нов механизъм, който дава маси на частиците W±, W– и Z₀ и оставя без маса фотоните. Основната идея на този механизъм - така нареченото спонтанно (самопроизволно) нарушаване на симетрията – води началото си от физиката на твърдото тяло. Същността на идеята Салам изяснява със следния пример. Да си представим, че около кръгла маса обядват група хора. Масата е подредена така, че пред всеки стол има чиния, а салфетките са разположени по периметъра на масата, между чиниите. Подредбата на масата е симетрична (вдясно и вляво от всеки обядващ има по една салфетка), но е достатъчно един от седналите на масата да вземе салфетка и симетрията се нарушава. Ако всички обядващи вземат по една салфетка, симетрията може да се наруши, но може и да не се наруши. Макар че изборът на дясната, така и на лявата салфетка е еднакво приемлив, симетрията се възстановява само в този случай, когато всички седящи на масата направят еднакъв избор (иначе казано – ако всички изберат салфетките вляво от себе си или салфетките вдясно от себе си). В противен случай някой от седящите на масата ще остане без салфетка, а някъде на другия край на масата една салфетка ще остане неизползвана, иначе казано – ще възникне явна асиметрия.

Салам предполага, че калибровъчната симетрия, свързваща електромагнитното и слабото взаимодействие, се нарушава спонтанно, когато равнището на енергията се променя значително. При много високи енергии тези две взаимоотношения са неразличими. В такива условия масите на частиците W и Z не водят до някакви трудности, тъй като масивните частици могат да се появят от променящата се енергия (еквивалентността на масата и енергията е доказана в създадената от Алберт Айнщайн през 1905 г. специална теория за относителността). Но при ниски енергия частиците - и Z (следователно и слабите взаимодействия) се срещат рядко. Тъй като при земни условия физиката е ограничена от сравнително ниски енергии, изследователите обръщат внимание на разликите между електромагнетизма и слабите взаимодействия. В теорията на Уайнбърг-Салам масите на частиците W+, W– и Z₀ не се въвеждат изкуствено, а възникват естествено от механизма за спонтанното нарушаване на симетрията. Стойностите на масата на тези частици могат да бъдат изведени от самата теория. Всяка от двете частици W е около осемдесет пъти по-тежка от протона, а частицата Z е още по-тежка.

И Уайнбърг, и Салам очакват, че с помощта на математическата процедура, известна като ренормализация, ще успеят да получат качествени значения за всички измерими величини. Отчасти защото двамата не успяват да потвърдят своите очаквания с изчисления, до 1971 г. тяхната теория не привлича много внимание. През 1971 г. датският физик Герардус 'т Хоофт успява да се придвижи съществено напред с методите на ренормализацията и в сътрудничество с други теоретици завършва доказателството на теорията. Две години по-късно изследователите от Националната ускорителна лаборатория „Ферми“ до Чикого и от ЦЕРН (Европейския център за ядрени изследвания) до Женева откриват слаби неутрални токове, потвърждавайки с това теоретичните изследвания, направени от Салам, Глашоу и Уайнбърг. През 1983 г. частиците W и Z са открити в ЦЕРН от Карло Рубия и неговите сътрудници.

Интересите на Салам съвсем не се ограничават в рамките на теоретичната физика. От 1955 до 1958 г. той е сътрудник на ООН, където работи като научен секретар на Женевската конференция за мирно използване на атомната енергия. От 1964 до 1975 г. е член на Консултативния комитет по наука и техника към ООН, а през 1971 и 1972 г. е председател на този комитет. През 1981 г. Салам ръководи Консултативната комисия по наука, техника и обществени процеси към ЮНЕСКО, от 1972 до 1978 г. е вицепрезидент на Международния съюз по теоретична и приложна физика. Той е също така член на много комисии по образованието и науката в Пакистан, а през 1961 г. е назначен за главен научен съветник към канцеларията на пакистанския президент. На този пост остава до 1974 г.

Освен с Нобелова награда Салам е удостоен с медала Максуел на Лондонското физично дружество (1961 г.), с медала Хюз (1964 г.) и Кралския медал (1978 г.) на Лондонското кралско дружество, с медала Гътри на Лондонския физичен институт (1976 г.), със златния медал Матеучи на Италианската национална академия на науките (1978 г.), с медала Джон Торънс Тейт на Американския физичен институт (1978 г.), със златния медал Ломоносов на Академията на науките на СССР (1983 г.), а също така и с други медали и отличия. Член е на Пакистанската академия на науките, на Лондонското кралско дружество, на Шведската кралска академия на науките и на Папската академия на науките, почетен или чуждестранен член е на Американската академия на науките и изкуствата, на Академията на науките на СССР и на американската Национална академия на науките. Има почти тридесет почетни научни степени, сред които от Пенджабския, Единбургския, Бристълския и Кеймбриджкия университет, от колежа „Сити“ към Нюйоркския градски университет и от университета в Глазгоу.

Превод от руски: Павел Б. Николов