Период становления физики как науки (начало 17 – 80-е гг. 17 в.). 7 страница

Игорь Васильевич Курчатов (1903 – 1960) – советский физик, организатор советской атомной науки и техники, академик с 1943 г. Родился в с. Сим Челябинской области. После окончания Крымского университета в 1923 г. переезжает в Петербург, где продолжает учебу в Политехническом институте, одновременно работая в Магнитометрологической обсерватории (г. Павловск). С 1925 г. работает в Физико- техническом институте (с 1930 г. заведует лабораторией института), одновременно в 1927 – 1929 гг. – доцент Политехнического института. В 1942 г. организует Лабораторию № 2 АН, в которой в широких масштабах развертываются исследования по атомной энергии, в частности по осуществлению цепной ядерной реакции. Вскоре лаборатория преобразуется в крупный научно-исследовательский центр – Институт атомной энергии, директором которого Курчатов был до последних дней своей жизни и который теперь носит его имя. Первые научные работы посвящены физике диэлектриков, в частности электропроводности твердых тел, образованию объемного заряда при прохождении тока через диэлектрические кристаллы, механизму пробоя твердых диэлектриков, изучению сегнетовой соли. Заложил основы нового направления – учения о сегнетоэлектричестве, и внес существенный вклад в изучение электрических свойств кристаллов. В 1931 – 1932 гг. Курчатов совместно с К.Д.Синельниковым осуществляет ряд исследований по физике полупроводников – изучает фотоэлементы с запирающим слоем. В 1932 г. научные интересы Курчатова переме- щаются в область ядерной физики. Совместно с сотрудниками Физико-технического института он создает в 1933 г. высоковольтную установку и ускорительную трубку для ускорения протонов до энергии 350 кэВ, принимает участие в конструировании высоковольтных установок в Украинском физико-техническом институте (г.Харьков), под его руководством вводится в действие циклотрон в Радиевом инсти- туте (Ленинград, 1939 г.), самый мощный тогда в Европе. В 1934 г. Курчатов начинает ряд исследований по нейтронной физике и вместе с Л.И.Русиновым и другими открывает явление ядерной изомерии искусственно радиоактивных ядер. Он изучает ядерные реакции, обусловленные быстрыми и медленными нейтронами, вместе с Л.А.Арцимовичем впервые четко доказывает захват нейтрона протоном и получает первое значение эффективного сечения этого процесса. В 1939 г. Курчатов начинает работать над проблемой деления тяжелых ядер, а в 1940 г. под его руководством Г.Н.Флеров и К.А.Петржак открывают самопроизвольный распад ядер урана. В 1941 г. он совместно с А.П.Александровым работает над проблемой противоминной защиты кораблей. В дальнейшем Курчатов возглавил исследования по овладению ядерной энергией. Итогом этих работ был запуск первого советского ядерного уран-графитового реактора (декабрь 1946 г.). Курчатов непосредственно участвовал в разработке и запуске последующих более мощных реакторов, оставаясь научным руководителем работ по созданию атомной промышленности и техники, создается атомная (1949) и водородная (1953) бомбы, вводится в действие (1954) первая в мире атомная электростанция. В начале 50-х гг. были начаты исследования по проблеме управляемого термоядерного синтеза, которые находились под постоянным контролем Курчатова. Воспитал многочисленные кадры физиков-атомщиков. Президиум АН учредил золотую медаль и премию им. И.В.Курчатова.

Синьитиро Томонага (1906) – японский физик-теоретик, член Японской АН. Родился в Токио. Окончил университет в Киото (1929), там же работал в течение 1929 – 1932 гг. В 1932 – 1940 гг. – в Институте физических и химических исследований, в 1937 – 1939 гг. совершенствовал свои знания в Лейпцигском университете. В 1941 – 1969 гг. – профессор Токийского университета, в 1956 – 1962 гг. – его президент. В 1963 – 1969 гг. – также директор института оптических исследований Токийского университета и президент Научного совета Японии. Научные работы посвящены квантовой электродинамике, квантовой теории поля, теории мезонов, ядерной физике, физике космических лучей, задаче многих тел. В 1940 г. предсказал мезоатомы, в 1942 г. первый предложил ковариантную формулировку квантовой теории поля. Разработал в 1946 г. т.н. сверхмноговременной формализм, на базе которого возникла современная форма квантовой электродинамики, давшая возможность с большой точностью вычислять все процессы электромагнитного взаимодействия электронов и фотонов. В 1955 г. разработал теорию квантовомеханических коллективных движений. За создание современной квантовой электродинамики Томонага совместно с американскими физиками Р.Фейнманом и Ю.Швингером в 1965 г. удостоен Нобелевской премии. В 1964 г. Томонаге присуждена золотая медаль им. М.В.Ломоносова.

Юлиан Швингер (1918) – американский физик-теоретик, член Национальной АН с 1949 г. Родился в Нью-Йорке. Окончил Колумбийский университет (1939). В 1945 – 1972 гг. работал в Гарвардском университете (с 1947 г. – профессор), с 1972 г. – профессор Калифорнийского университета. Научные работы относятся к ядерной физике, релятивистской квантовой механике (формализм Рариты – Швингера для частиц с высшими спинами), статистической физике, теории элементарных частиц, релятивистской квантовой электродинамике, одним из создателей которой он является (Нобелевская премия,1965). В 1941 г. построил теорию квадрупольного момента дейтрона и ввел тензорные силы. Разработал метод перенормировки массы, предсказал аномальный магнитный момент электрона, вычислил собственную энергию последнего, объяснил “лембовский сдвиг”. Вычислил радиационные поправки к сверхтонкой структуре и к уровням энергии связанных электронов. Предположил (1942), что векторный мезон имеет массу большую, чем псевдоскалярный. Развил общую теорию функций Грина в теории поля. Связал (1956) гиперзаряд со странностью уравнением Y=S + B. В 1957 г. высказал мысль о существовании двух типов нейтрино, связанных с электроном и мюоном, выдвинул идею объединения слабых и электромагнитных взаимодействий, развил модель «глобальной симметрии». В формальной теории рассеяния совместно с Б.Липпманом разработал вычислительные методы – вариационный и алгебраический и вывел уравнение Липпмана – Швингера. Впервые указал на специфическое рассеяние нейтронов, обусловленное взаимодействием магнитного момента нейтрона с электрическим полем ядра (швингеровское рассеяние). В теории элементарных частиц является основателем нового направления – киральной динамики, разрабатывает новый подход в этой области – теорию источников. Предложил магнитную теорию материи, в основе которой лежит сверхсильное дальнодействующее взаимодействие, характеризующееся безразмерной константой. Именно это взаимодействие, по Швингеру, связывет его дионы и адрон.

Ричард Филлипс Фейнман (1918) – американский физик-теоретик, один из создате- лей квантовой электродинамики, член Национальной АН. Родился в Нью-Йорке. Окончил Массачусетский технологический институт (1939). В 1942 г. получил степень доктора философии в Принстоне, там же работал в 1942 – 1943 гг., в 1943 – 1945 гг. – в Лос-Аламосской лаборатории, в 1945 – 1950 гг. – в Корнеллском университете. С 1950 г. – профессор Калифорнийского технологического института. Научные работы посвящены актуальным вопросам современной физики, в частности квантовой теории поля, квантовой электродинамике, физике элементарных частиц, сверхпроводимости, теории гравитации. В 1948 г. независимо от Ю.Швингера и С.Томонаги построил современную квантовую электродинамику (Нобелевская премия, 1965). В 1949 г. разработал способ объяснения возможных превращений частиц – т.н. диаграммы Фейнмана. Вместе с М.Гелл-Маном (независимо от Р.Маршака и Э.Сударшана) создал (1958) количественную теорию слабых взаимодействий. Развил полуфеноменологическую картину генерации новых частиц в процессе столкновений (масштабная инвариантность, или скэйлинг). Предсказал, что если энергетический спектр генерируемых частиц строить в определенном масшабе, то при высоких энергиях он должен достигать универсальной предельной формы – формы плато, слабо (логарифмически) расширяющегося по мере дальнейшего роста энергии. Предложил (1969) модель нуклона, в которой точечные составные части протона и нейтрона, на которых происходит неупругое рассеяние электронов высоких энергий, назвал партонами (партонная модель нуклона). Развил теорию квантованных вихрей, показав, что при достаточно больщих скоростях жидкий гелий должен быть пронизан квантованными вихрями. Один из первых предложил (1963) применять методы теории возмущений квантовой теории поля к проблеме квантования гравитации. Автор известного курса «Фейнмановские лекции по физике».

Лев Давыдович Ладау (1908 – 1968) – советский физик-теоретик, академик с 1946 г. Родиля в Баку. В 13 лет окончил среднюю школу, очень рано обнаружив математические способности и склонность к точным наукам. В 1922 г. поступил в Бакинский университет, где одновременно учился на двух факультетах – физико-математическом и химическом, в 1924 г. перешел на физическое отделение Ленинградского университета, который окончил в 1927 г. В 1927 – 1929 гг. – аспирант Ленинградского физико-технического института, в 1929 – 1931 гг. находился в командировке за границей (Дания, Англия, Швейцария). Возвратившись в 1939 г. в Ленинград, работал в Физико-техническом институте. В 1932 – 1937 гг. возглавил теоретический отдел Харьковского физико-технического института и одновременно заведовал кафедрой теоретической физики Харьковского механико-машиностроительного института, а с 1935 г. – кафедрой общей физики Харьковского университета. В 1934 г. Ландау была присуждена степень доктора ф.-м. Наук без защиты диссертации, а в 1935 г. – звание профессора. С 1937 г. заведовал теоретическим отделом Института физических проблем АН СССР. Одновременно был профессором Московского университета (1943 – 1947 и с 1955) и Московского Физико-технического института (1947 – 1950). Научные работы посвящены различным разделам теоретической физики. Однако основными разделами, в которые Ландау сделал заметный вклад, следует считать квантовую механику, физику твердого тела, теорию фазовых переходов второго рода, теорию Ферми-жидкости и теорию сверхтекчей жидкости, теорию космических лучей, гидродинамику и физическую кинетику, квантовую теорию поля, физику элементарных частиц и физику плазмы. В 1956 г. было обнаружено нарушение закона сохранения четности в слабых взаимодействиях. Ландау сразу же предложил новый закон – закон сохранения комбинированной четности (независимо и одновременно его предложили А.Салам, Т.Ли и Ч.Янг), который хотя и нарушается в некоторых случаях, но имеет более широкий диапазон действия. Независимо от тех же ученых Ландау выдвинул теорию двухкомпонентного нейтрино. В 1938 г. Ландау вместе с Ю.Б.Румером разработал каскадную теорию электронных ливней в космических лучах. Предложенный ими математический аппарат стал основой для всех дальнейших исследований в этой области. В духе идей фазовых переходов второго рода Ландау (вместе с В.Л.Гинзбургом) построил в 1950 г. и феменологическую теорию сверхпроводимости, которая дала возможность объяснить ряд существенных свойств сверхпроводников и вполедствие стала основой для создания теории сверхпроводников второго рода и теории сверхпроводящих сплавов (теория Гинзбурга - Ландау – Абрикосова – Горькова). Весомым вкладом Ландау в физику сверхпроводимости является также уточнение т.н. промежуточного состояния сверхпроводников. В 1940 – 1941 гг. Ландау создал теорию сверхтекучести гелия11, которая объяснила все известные тогда его свойства и предсказала ряд новых явлений, в часности существование в гелии второго звука. В основу своей теории Ландау положил представление о возбужденных состояниях квантовой системы как совокупности квазичастиц с определенным энергетическим спектром. Эти исследования Ландау положили начало физике квантовых жидкостей. В 1956 г. Ландау развил теорию таких жидкостей (теорию ферми-жидкости). Совместно с Е.М.Лифшицем Ландау написал многотомный «Курс теоретической физики», который сыграл большую роль как для развития самой теоретической физики, так и воспитания молодых теоретиков. В 1962 г. за пионерские исследования по теории конденсированных сред и особенно жидкого гелия Ландау была присуждена Нобелевская премия. Ландау создал большую научную школу, его учениками являются И.Я.Померанчук, И.М.Лифшиц, В.Л.Гинзбург, А.Б.Мигдал, Е.М.Лифшиц, А.А.Абрикосов, И.М.Халатников, А.И.Ахиезер и др.

В 1930-е годы продолжалось бурное развитие ядерной физики. Были открыты космические ливни (П.Блэкетт, Дж.Оккиалини, 1933), искусственная радиоактивность (Ф. и И.Жолио – Кюри, 1934), явление замедления нейтронов в веществе (Э.Ферми, 1934), чем положено начало нейтронной физике, разработана теория бета-распада (Э.Ферми, 1933 – 1934), в которой предсказано существование слабых взаимодействий, заложены основы теории парных ядерных сил (И.Е.Тамм, Д.Д.Иваненко, 1934), открыт эффект Вавилова – Черенкова (1934), предсказаны пи-мезоны (Х.Юкава, 1935), обнаружены мюоны (К.Андерсон, С.Неддермейер, 1936 –1937). В 1938 г. открыто явление деления ядра урана (О.Ган, Ф.Штрассман) и измерена энергия деления (О.Фриш, Ф.Жолио-Кюри, Дж.Даннинг и др.), обнаружены вторичные и запаздывающие нейтроны, обоснована возможность протекания в уране цепной ядерной реакции деления (Л.Сцилард, Э.Ферми, Ф.Жолио-Кюри, Я.Б.Зельдович, Ю.Б.Харитон и др.,1939), открыто спонтанное деление ядер урана-235 (Г.Н.Флеров, К.А.Петржак, 1940), синтезированы первый трансурановый элемент – нептуний (Э.Мак-Миллан, Ф.Абельсон, 1940) и расщепляющие изотопы – плутоний-239 и уран-233 (Г.Сиборг). Наконец, создание первого ядерного реактора и осуществление в нем управляемой ядерной реакции деления урана (Э.Ферми и Ю.Вигнер, 1942), атомных (1945) и водородных (1953) бомб, пуск первой атомной электростанции (И.В.Курчатов, Д.И.Блохинцев, 1954) оказали огромное влияние на все сферы материальной и духовной жизни общества. К успехам физики этого периода следует отнести также открытие пи-мезонов (С.Пауэлл, 1947), каонов и гиперонов (Дж.Рочестер, К.Батлер, 1947), ряда трансурановых элементов (Г.Сиборг), создание ядерных моделей: составного ядра (Н.Бор, 1936), капельной (Я.И.Френкель, Н.Бор, 1936), оболочечной (М.Гепперт-Майер, Х.Йенсен, 1948 – 1950), коллективной (О.Бор, Б.Моттельсон, 1950 – 1952),создание экспериментального ядерного реактора на быстрых нейтронах (В.Зинн, 1951), начало термоядерных исследований на основе идеи термоизоляции высокотемпературной плазмы магнитным полем (И.Е.Тамм и др., 1950), возникновение концепции токамака (1950) и стелларатора (1951), дальнейшее развитие квантовой теории поля, в частности построение квантовой мезодинамики (Х.Юкава, 1935), введение понятия матрицы рассеяния, или S – матрицы (В.Гейзенберг, 1943), завершение создания современной квантовой электродинамики (С.Томанага, Р.Фейнман, Ю.Швингер, Ф.Дайсон, 1946 – 1949). Установлены новые законы сохранения, действующие только в микромире, - изотопического спина (1937), странности, лептонного и барионного зарядов (1949 – 1953), раскрыты их связи с принципами симметрии, уяснены роль и значение симметрий в современной физике, определяющих кинематику и динамику фундаментальных процессов, а также формирование структуры взаимодействия. «Если на миг отвечься от используемых математических методов и сопоставить их со сложными и далеко идущими физическими следствиями, - отмечал Ч.Янг, - то всегда возникает чувство глубокого уважения к мощи законов симметрии». Именно симметрии, заложенные в природе, находят свое отражение в существовании законов сохранения.

В 1954 г. была сформулирована первая неабелева калибровочная теория поля (теория Янга – Миллса) и разработан метод дисперсионных соотношений (М.Гелл-Манн, М.Гольдбергер, В.Тирринг). Предложены новые современные методы ускорения частиц – автофазировка (В.И.Векслер, 1944) и сильная фокусировка (Н.Кристофилос, 1950). В области физики твердого тела открыты антиферромагнетизм (Л.В.Шубников, 1935). Сверхтекучесть гелия11 (П.Л.Капица, Дж.Аллен, 1938), ряд резонансов – электронный парамагнитный (Е.К.Завойский, 1944), ферромагнитный (Дж.Гриффитс, 1946), ядерный магнитный (Ф.Блох, Э.Парселл, 1946), антиферромагнитный (К.Гортер, 1951), циклотронный (Ч.Киттель, 1953), экситоны (А.Ф.Прихотько, А.С.Давыдов, 1946 – 1948), эффект Оверхаузера (1953), создан транзистор (Дж.Бардин, У.Браттейн, 1948), синтезирован алмаз (Б.Платен, 1953) и т.д. Построены теории сверхтекучего жидкого гелия11 (Л.Д.Ландау, 1940 – 1941, Н.Н.Боголюбов, 1947), фазовых превращений (Л.Онсагер, 1944), кинетических явлений (Н.Н.Боголюбов, 1946), ферромагнетизма (Л.Неель, 1948), поглощение света молекулярными кристаллами (А.С.Давыдов, 1948), p-n – перехода (У.Шокли, 1949) и др. Многочисленные успехи физики способствовали развртыванию научно-технической революции, начавшейся в начале 50-х годов. Ее естественнонаучными основами стали математика, физика (прежде всего физика атомного ядра, твердого тела, элементарных частиц), кибернетика, химия, биология. В 1944 – 1949 гг. построены первые ЭВМ, в 1948 г. положено начало кибернетике и современной полупроводниковой технике, в 1953 г. – молекулярной биологии, в 1954 г. – ядерной технике (И.В.Курчатов, Д.И.Блохинцев) и квантовой электронике (Н.Г.Басов, А.М.Прохоров, Ч.Таунс). Интенсивное развитие получила радиоастрономия, космонавтика и ракетная техника, материаловедение, физика твердого тела, космическая физика. Новый уровень производительных сил, новые условия развития общества дали начало новому этапу в развитии самой физики – этапу субъядерной физики и астрофизики.

5.4. ТРЕТИЙ ЭТАП (с 1955 г.).

С начала 1950-х годов благодаря появлению современных ускорителей было открыто немало новых элементарных частиц – антипротон (1955), антинейтрон и антинейтрино (1956), ряд гиперонов, явление взаимопревращения частиц, появились доказательства внутренней структуры нуклона, в частности установлено, что нуклон изменяет свое состояние при взаимодействии с частицами высоких энергий. Физики проникли на новый уровень материи – субъядерный, в области порядка 10 ^–16 м. Все это дает основание говорить о новом этапе в развитии физики, начавшемся в 50-х гг. (условно возьмем 1955, когда ученые впервые проникли в мир нуклона – опыты Хофштадтера по бомбардировке нуклона электронами высоких энергий). В 1960 г. экспериментально был открыт новый большой класс элементарных частиц – короткоживущих сильновзаимодействующих частиц с временем жизни 10^-22 – 10^-23 с, так называемых резонансов (Л.Альварес). С этого времени количество вновь открываемых частиц начало возрастать и вскоре превысило 200. Они усложнили картину, хотя и нашли определенное место в различных классификационных схемах симметрий частиц и их взаимодействий, в частности в систематике Гелл-Манна – Неемана и др. Возникла принципиально новая концепция структуры материальных частиц, согласно которой частицы меньших масс строятся из частиц больших масс, например модель кварков Гелл-Манна – Цвейга (1964), партонная модель Фейнмана (1969).

Мюррей Гелл-Манн (1929) – американский физик-теоретик, член Национальной АН. Родился в Нью-Йорке. Окончил Массачуссетский технологический институт (1951). В 1952 – 1955 гг. работал в Чикагском университете, с 1955 г. – Калифорнийском технологическом институте (с 1956 г. – профессор). Научные работы посвящены квантовой теории поля, ядерной физике и физике элементарных частиц (симметрии слабых и сильных взаимодействий, дисперсионные соотношения). В 1953 г. ввел понятие странности – нового квантового числа, являющегося одной из основных характеристик элементарной частицы, и, исходя из этого, открыл закон сохранения странности (независимо от японского физика К. Нишиджимы), разработал формализм изоспина. В рамках своей схемы классификации частиц предсказал сигма-ноль и тета-ноль. В 1953 г. совместно с М.Голдбергером дал одну из формулировок формальной теории рассеяния и метод дисперсионных соотношений в квантовой теории поля. В 1955 г. разработал теорию нейтральных К-мезонов, предсказав в ней К⁰₂-мезон. Выдвинул (1957) модель «глобальной симметрии». Совместно с Р.Фейнманом (независимо от Р.Маршака и Э.Сударшана) разработал (1958) теорию слабого взаимодействия. В 1961 г. предложил совместно с Ф.Захариансеном модель векторной доминантности и независимо от Ю.Неемана – систематику элементарных частиц, объединив их в отдельные семьи (супермультиплеты), - система симметрий Гелл-Манна – Неемана. С помощью этой систематики Гелл-Манн предсказал новую элементарную частицу – омега-минус-гиперон и ее свойства (в 1964 г. частица была обнаружена экспериментально). В 1962 г. предложил метод алгебры токов. Гелл-Манн – автор также (независимо от Дж.Цвейга) кварковой гипотезы (1964) и модели адронов из кварков (1969). Внес значительный вклад в науку о мезонах, барионах и их взаимодействиях, разработал алгебраические методы, с помощью которых классифицировал элементарные частицы по свойствам их симметрий. За достижения и открытия, связанные с классификацией элементарных частиц и их взаимодействий, Гелл-Манн в 1969 г. удостоен Нобелевской премии.

Тзун-Дао Ли (1926) американский физик-теоретик, член Национальной АН. Родился в Шанхае. Образование получил в Китае и США, где в 1950 г. окончил Чикагский университет. В 1950 – 1953 гг. работал в Калифорнийском университете в Принстоне, с 1953 г. – в Колумбийском университете (с 1956 г. – профессор). Научные работы относятся к квантовой теории поля, теории элементарных частиц, ядерной физике, статистической механике, гидродинамике и астрофизике. В 1954 г. выдвинул модель полностью «разрешимой» теории поля (модель Ли), важную для развития идей, связанных с индефинитной метрикой. В 1956 г. вместе с Ч.Янгом предположил, что четность не сохраняется в слабых процессах (Нобелевская премия,1957). В 1957 г. совместно с Ч.Янгом и Р.Эме постулировал, что в бета-распаде не сохраняется не только четность, но и зарядовое сопряжение, и независимо от других выдвинул гипотезу о сохранении комбинированной четности в слабых взаимодействиях. Совместно с Ч.Янгом выдвинул гипотезу (1960), что слабые взаимодействия обусловлены промежуточным векторным бозоном и постулировал его свойства. В 1967 г. совместно с другими дал наиболее последовательную формулировку модели векторной доминантности (теория градиентной инвариантности).

Наступившее после открытия тяжелого омега-минус-гиперона (1964) десятилетнее относительное затишье в экспериментальной физике высоких энергий компенсировалось некоторыми успехами в теории: развивалась кварковая модель, были введены новые квантовые числа кварков, например очарование (1964), цвет (1964 – 1965), аромат, предсказаны глюоны – носители взаимодействия между кварками, развита концепция спонтанного нарушения симметрии и предложен (1964) механизм «появления» масс у векторных бозонов в результате этого нарушения (механизм Хиггса), созданы объединенная теория электромагнитных и слабых взаимодействий (С.Вайнберг, А.Салам, Ш.Глэшоу, 1967 – 1970), открыто явление асимптотической свободы (1973), положено начало квантовой хромодинамике как теории слабых взаимодействий (1973) и др. В 1974 г. были обнаружены принципиально новые тяжелые элементарные частицы – т.н. пси-частицы, представляющие комбинации новых типов кварков (очарованных) (С.Тинг, Б.Рихтер), в 1977 – ипсилон-частицы (Л.Ледерман), в 1975 – тяжелый лептон (М.Перл), нейтральные токи (1973), получены экспериментальные подтверждения существования кварков (1975) и глюонов (1979). Это стало возможным благодаря созданию ускорителей на сверхвысокие энергии (400 – 500 ГэВ) и ускорителей на встречных е⁺е^- - и рр – пучках, а также соответствующей регистрирующей аппаратуре. Благодаря успехам в теории и эксперименте физики добились существенного прогресса на пути адекватного описания частиц и их взаимодействий.Эксперименты и теория показали, что материя построена из двух типов элементарных частиц – лептонов и кварков и в природе действуют четыре силы – гравитационные,электромагнитные, слабые и сильные. С помощью этого набора частиц и сил оказалось, в принципе, возможным объяснить всю наблюдаемую иерархию материальных структур – от нуклонов и ядер до звезд и галактик.Обычно лептоны и кварки разбивают на три поколения. Каждое поколение состоит из заряженного лептона, соответствующего ему нейтрино и двух кварков, один из которых имеет электрический заряд –1/3 е, а второй +2/3 е. Первое поколение включает электрон, электронное нейтрино, u-кварк и d-кварк. Так как кварки существуют в трех цветах, то в первом поколении – восемь частиц. Именно из этих восьми частиц и «сконструированы» все атомы и наша обычная материя. Представители двух других поколений наблюдаются в лабораторных экспериментах с ускоренными частицами. Что касается сил, действующих между частицами, то для каждого типа создана своя модель: для электромагнитных – квантовая электродинамика, слабых – теория Вайнберга – Салама и сильных – квантовая хромодинамика. Такое понимание природы безусловно является большим достижением. Однако физики не удовлетворены, они стремятся построить теорию всех сил, в том числе и гравитационных. Они считают, что существование двух принципиально различных типов элементарных частиц (лептонов и кварков) нельзя признать нормальным явлением, достаточно было бы и частиц одного типа, Неоправданно и существование четырех типов сил. Все взаимодействия в принципе можно было бы объяснить и одной силой.

Среди других областей физики в этот период значительное развитие получили физика твердого тела, физика низких температур, физика лазеров, физика плазмы и управляемый термоядерный синтез. Создана последовательная микроскопическая теория сверхпроводимости (Дж.Бардин, Л.Купер, Дж.Шриффер,1957; Н.Н.Боголюбов, 1958), открыты явления туннелирования в полупроводниках (Л.Эсаки, 1957) и сверхпроводниках (И.Живер,1960), на основе которых построены соответственно туннельный диод и сверхпроводящий диод, эффект Мессбауэра (1958), созданы первые МГД-генератор (1959) и лазеры (1960 – 1961), основаны нелинейная оптика (1961), оптическая голография (1962 – 1964), лазерная спектроскопия, предсказаны и обнаружены эффекты Джозефсона (1962 – 1964), эффект Ганна (1963), эффект спиновой памяти (1966), сверхтекучесть гелия111 (1972), построена современная электронная теория металлов (И.М.Лифшиц, 1954 – 1965) и теория квантовых кристаллов, создан ряд сверхпроводящих устройств и приборов и т.д. Современная теория твердого тела может дать детальное описание поведения металлов, полупрводников и кристаллов всех типов.

Обнадеживающие результаты получены в решении проблемы управляемого термоядерного синтеза, в частности сформулирован (1957) критерий для получения критической точки в балансе энергии термоядерного реактора (критерий Лоусона), разработаны методы создания и удержания высокотемпературной плазмы, развит метод лазерного термоядерного синтеза, построен ряд термоядерных установок.

Михаил Александрович Леонтович (1903) – советский физик-теоретик, академик с 1946 г. Родился в Москве. Окончил Московский университет (1923). В 1929 – 1934 гг. работал в Физическом институте Московского университета, в 1934 – 1941 и 1946 – 1952 гг. – в Физическом институте АН СССР, одновременно в 1934 – 1945 и в 1955 – 1971 гг. – профессор Московского университета. С 1951 г. работает в Институте атомной энергии им. И.В.Курчатова. Научные работы посвящены электродинамике, физической оптике, статистической физике, термодинамике, квантовой механике, теории колебаний, акустике, радиофизике, физике плазмы и проблеме управляемого термоядерного синтеза. Совместно с Л.И.Мандельштамом обнаружил явление подбарьерного перехода в квантовой механике, в 1929 г. принимал участие в создании полной классической теории комбинационного рассеяния света в кристаллах. В 1937 г. вместе с Мандельштамом предложил общий метод рассмотрения явлений диссипации в системах с конечным временем релаксации, получивший широкое применение в физике твердого тела и газодинамике. В 1951 г. возглавил теоретические исследования по физике плазмы и проблеме управляемого термоядерного синтеза в СССР, являясь инициатором и активным участником большинства работ в этой области. Создал теорию инерционного сжатия плазмы с током, лежащую в основе импульсных процессов, а его идеи об уравновешивании тороидального растяжения плазмы с током при помощи проводящего кожуха и о стабилизации плазменного витка сильным магнитным полем лежат в основе системы «Токамак».

Андрей Дмитриевич Сахаров () –

Дж. Бардин (1908) – американский физик, член Национальной АН с 1954 г. Родился в Мадисоне. Окончил Висконсинский университет (1928). В 1938 – 1941 гг. работал в Миннесотском университете, в 1945 – 1951 гг. – в лаборатории Бэлл – телефон, с 1951 г. – профессор Иллинойского университета. Основные работы посвящены физике твердого тела и сверхпроводимости. Вместе с У.Браттейном открыл в 1948 г. транзисторный эффект и создал кристаллический триод с точечным контактом – первый полупроводниковый транзистор (Нобелевская премия, 1956). В 1951 г. предпринял попытку построения теории сверхпроводимости, основанную на учете электронно-фононного взаимодействия, в 1952 г. провел вычисления притяжения между электронами, обусловленного обменом виртуальными фононами; в 1957 г. совместно с Л.Купером и Дж.Шриффером построил микроскопическую теорию сверхпроводимости (Нобелевская премия,1972). Развил теорию эффекта Месснера на основе модели с энергетической щелью, независимо от других обобщил в 1958 г. теорию электромагнитных свойств сверхпроводников на случай полей произвольной частоты. В 1961 г. предложил в теории туннелирования метод эффективного гамильтониана (модель туннелирования Бардина), в 1962 г. вычислил критические поля и токи для тонких пленок на основе теории БКШ.

Леон Купер (1930) – американский физик-теоретик, член Национальной АН. Родился в Нью-Йорке.Окончил Колумбийский университет (1951). В 1954 – 1955 гг. работал в Принстонском институте перспективных исследований, в 1955 – 1957 гг. – в Иллинойском университете,с 1958 г. – в университете Брауна (с 1962 г. – профессор). Научные работы в области физики твердого тела, сверхпроводимости, философии физики. В 1956 г. открыл явление спаривания электронов (образования электронных пар) в металлах – т.н. эффект Купера. В 1957 г. вместе с Дж.Бардиным и Дж.Шриффером создал микроскопическую теорию сверхпроводимости – терия Бардина-Купера-Шриффера, или БКШ (Нобелевская премия,1972).