- Троицкий вариант — Наука - http://trv-science.ru -

Премия Померанчука 2012: на краю пятимерного пространства и парадоксы атомной физики

Хуан Малдасена и Спартак Беляев

Хуан Малдасена и Спартак Тимофеевич Беляев

Международная премия им. Исаака Яковлевича Померанчука присуждается ежегодно с 1998 года — одному иностранно­му и одному российскому ученому. Область — теоретическая физика, в основном связанная с физикой частиц.

Лауреатами этого года стали Хуан Малдасена (Принстонский институт фундаментальных исследований) и Спартак Беляев (Курчатовский ин­ститут). Формулировки: «за форму­лировку дуальности между теорией струн в многомерном пространстве-времени и калибровочными теориями поля в четырех измерениях» (Малдасена) и за выдающиеся ре­зультаты в квантовой теории мно­гих тел и их применение в теории атомного ядра».

Церемония награждения проходи­ла в ИТЭФ 11 октября. Зал был полон до такой степени, что люди стояли вдоль стен. Распределение публи­ки по возрасту было резко «двугор­бым» — за 60 и до 30. Такое наблю­дается уже давно, и пропасть растет. На этот раз, впрочем, молодежи было больше, чем обычно.

Хуана Малдасену представил Алек­сандр Горский, который отметил, что найденная Малдасеной дуальность за последние годы превратилась в эффективный инструмент вычислений физически интересных величин и явлений как в КХД, так и в зада­чах физики твердого тела. Дуальность помогает проводить вычисления в области сильной связи,когда стан­дартные методы неприменимы. Он отметил некоторую аналогию с клас­сическим опытом Резерфорда,когда рассеяние альфа-частиц на ядре по­зволило прояснить его внутреннюю структуру. В «опыте Резерфорда XXI века» вместо альфа-частиц исполь­зуются замкнутые струны, которые рассеиваются на нашей четырехмер­ной Вселенной, позволяя прояснить структуру вакуума и его возбуждений.

Доклад Малдасены имел устра­шающее название: «КХД, струны и черные дыры. Предел большого N в теории поля и гравитация». Для че­ловека, не являющегося физиком-теоретиком, следящим за происходя­щим на передовой (а автор данной заметки, безусловно, таковым не является), изложенное весьма тяжело для восприятия. Попробуем лишь языком дилетанта сказать — о чем это. Есть теория поля, которую удает­ся более-менее успешно перевести на язык квантовой физики. Таковой, в частности, является квантовая хромодинамика. Есть теория гравитации (она же — общая теория относитель­ности), которая строилась совершен­но по другим принципам и которая не переводится на язык квантовой механики из-за чудовищных трудно­стей как технического, так и принци­пиального характера. Есть красивая теория струн, которая претендует на объединение того и другого, но пока не способна дать количественное описание физики микромира. И есть некоторые вдохновляющие соответ­ствия между вышеперечисленными категориями, которые проявляются в каких-то пределах. Так, предел боль­шого N, фигурирующий в названии лекции (N — число цветов в хромодинамике, которое реально равно трем), делает квантовую хромодинамику более простой и более по­хожей на теорию струн.

Хуан Малдасена и Спартак Беляев

Борис Лазаревич Иоффе и Хуан Малдасена

Малдасена нашел еще одно соот­ветствие, которое проявляется в не­тривиальном гипотетическом мире. В теории существует так называе­мое анти-де-ситтеровское пространство (AdS) — стационарное решение уравнений Эйнштейна при опреде­ленном уравнении состояния ва­куума. Если AdS пятимерно, то его граница четырехмерна. Представим, что это и есть наш четырехмерный мир. Тогда гравитационные явления, происходящие внутри AdS, отража­ются на его границе (т.е. в нашем мире) как явления обычной теории поля (в том числе квантовой хромодинамики).

Представить это, конечно, крайне сложно. Чтобы воспринимать всё это и видеть красоту, которая, на взгляд дилетанта, лишь смутно угадывает­ся, надо владеть соответствующей техникой теорфизики. После цере­монии мы обсуждали с теоретиками, которые работают в других областях, как к этому относиться: как к теории, пытающейся объяснить реальность именно таким образом, или как к ме­тафоре, намекающей на нечто еще не понятое? Как к математической конструкции или как к поэзии? Со­шлись на том, что по крайней мере поэзия здесь присутствует.

Самым поразительным во второй премии была личность лауреата. Спар­так Тимофеевич Беляев — ветеран Ве­ликой Отечественной, причем не про­сто ветеран, а доброволец, ушедший на фронт в 1941-м, прошедший всю войну до Берлина и расписавшийся на Рейхстаге. Это сообщил на цере­монии Семен Соломонович Герштейн, который после войны учился вместе с Беляевым. Борис Лазаревич Иоф­фе вспомнил 90-е годы, когда рождались административные проекты, один страшнее другого. Так, ответом со стороны руководства РАН на ре­форматорскую деятельность Бори­са Салтыкова (учреждение РФФИ и т.п.) стало предложение фактиче­ски устранить Министерство науки и передать все каналы финансирова­ния Президиуму РАН. Другой проект предполагал создание Акаде­мии технических наук, куда должны были отойти все на­учные институты, реально или формально связанные с во­енной тематикой. По словам Иоффе, Спартак Тимофеевич первым возвысил голос в за­щиту здравого смысла, напи­сав личное письмо Ельцину. За ним выступили и другие физики. Лихие проекты, как мы знаем, не состоялись.

.

.

Выступление Спартака Тимофеевича под названи­ем «Квантовые вариации на тему водорода» поража­ло резким несоответствием стиля и облика докладчика с его возрастом. Подтянутый и моло­жавый ветеран с редкостной ясно­стью и увлекательностью рассказал давно забытые большинством ауди­тории факты про историю лэмбовского сдвига атомных уровней во­дорода и затем перешел к рассказу о загадочных результатах экспери­мента с пучком возбужденных атомов водорода. Напомним, что лэмбовский сдвиг слегка разделяет по энергии уровни водорода 2S½ и 2P½, которые в нерелятивистской квантовой механике вырождены. Вырождение снимается в кванто­вой теории поля за счет взаимо­действий с вакуумными флуктуациями (радиационные поправки). При этом состояние 2Р½ высвечивается за 10-8 секунды, что естественно, а состояние 2S½ живет поразительно долго — четверть секунды.

В свое время сотрудник Инсти­тута атомной энергии Юрий Лукич Соколов (1915–2006), ставил экс­перименты с пучком возбужденных атомов водорода. Естественно, в пучке оставалось только долгоживущее состояние 2S½. Пучок пропускался между пластинами электрического конденсатора через пару отверстий. В электрическом поле два близких состояния атомов смешиваются и начинают осциллировать — этот эф­фект хорошо известен данной ауди­тории по осцилляциями нейтральных К-мезонов и нейтрино. Поэтому на выходе из конденсатора пучок на­чинает светиться: появившееся со­стояние 2Р½ высвечивается на пер­вом миллиметре пути атомов после конденсатора.

Спартак Тимофеевич Беляев

Спартак Тимофеевич Беляев

Однажды, проводя эксперимент, Юрий Соколов забыл подать напря­жение на конденсатор. А эффект, хоть и меньший, всё равно остался: состо­яние 2Р½появлялось и высвечива­лось. Разгадку искали много лет, в частности, предполагали, что вино­вато рассеяние атомов на краю от­верстий, но все предположения не выдерживали экспериментальной проверки.

Спартак Тимофеевич предложил более радикальную интерпретацию: атомы пучка когерентны — они со­ставляют квантомеханический вол­новой пакет с каким-то радиальным распределением. Отверстие в пла­стине обрезает периферию волно­вого пакета, влияя на весь пакет, и соответственно на атомы в центре пучка, вызывая смешивание состо­яний — это чисто квантомеханический эффект.

Церемония закончилась много­численными дискуссиями в кулуарах. Как и раньше она оставила ощуще­ние праздника, прежде всего, бла­годаря необычно высокой концен­трации ученых с мировым именем.

Борис Штерн

Фотографии Наталии Деминой и Елены Демидовой

Автор благодарен председателю Комитета премии Александру Гор­скому за помощь в подготовке ма­териала.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Связанные статьи