Sis quarks per a Murray Gell-Mann (1929-2019)

Divendres passat, 24 de maig, es moria a Santa Fe (Nou Mèxic) a 89 anys Murray Gell-Mann, l’home que encunyà el mot “quark” per referir-se a les partícules fonamentals que integren protons i neutrons, és a dir l’engròs de la matèria bariònica de l’univers. Enguany es compleix el 50è aniversari de la concessió del Premi Nobel de Físicaper les seues contribucions i descobertes sobre la classificació de partícules elementals i de les llurs interaccions”.

Murray Gell-Mann en el 2007

Primers anys

Gell-Mann va nàixer a Manhattan el 15 de setembre del 1929, fill del matrimoni format per Pauline Reichstein i Arthur Isidore Gell-Mann. Els seus pares eren jueus originaris de Czernowitz (Bukovina). El pare era professor d’anglès per a estrangers.

Murray Gell-Mann es graduà a 14 anys a la Columbia Grammar & Preparatory School. Després ingressà en el Jonathan Edwards College de Yale on estudià física i matemàtiques. El curs del 1947 formà part de l’equip de la Yale University en la William Lowell Putnam Mathematical Competicion, que aconseguí el segon premi. El 1948, Gell-Mann es graduà en física a Yale, i passà a fer la tesi doctoral al Massachusetts Institute of Technology (MIT).

Gell-Mann en la física de partícules

Al Departament de Física del MIT el seu director de tesi fou Victor Weisskopf (1908-2002). La tesi doctoral, sobre física nuclear, fou defensada reeixidament en el 1951.

L’etapa post-doctoral la inicià amb una estada en l’Institute for Advanced Study, de Princeton (1951).

Entre el 1952 i el 1953 ocupà una plaça de professor visitant de recerca en la University of Illinois at Urbana Champaign. Hi treballà en col·laboració amb Francis E. Low (1921-2007) en les equacions de l’electrodinàmica quàntica. D’ací derivà el teorema de Gell-Mann i Low (1951)

Amb Marvin Leonard Goldberger (1922-2014) posà les bases del “creuament” (Gell-Mann & Goldberger, 1954) per interpretar la dispersió de fotons per electrons i altres partícules d’espín ½.

En el 1954 fou professor associat visitant en la Columbia University, i en el 1955 professor associat a la University of Chicago. Llavors passà al California Institute of Technology (Caltech), on ocuparia la càtedra de física teòrica que porta el nom de Robert Andrews Milikan (1868-1953).

El 1955, es casà amb J. Margaret Dow, amb qui tingué dos fills, una noia i un nou.

L’abril del 1956, Gell-Mann proposà una interpretació sobre noves partícules identificades en els raigs còsmics basada en l’existència d’un nombre quàntic que es conservaria en les interaccions forta i electromagnètica, però no en la interacció feble. Aquest nombre quàntic, proposat també de manera independent per Kazuhiko Nishijima (1926-2009) rebria el nom de “estranyesa” (strangeness). La fórmula de Gell-Mann—Nishijima relaciona la càrrega elèctrica (Q) com la suma de l’isospín (I3) i de la meitat de la suma del nombre bariònic (B) i de l’estranyesa (S) d’una partícula.

Al Caltech, Gell-Mann treballà amb Richard Feynman (1918-1988) en aspectes de la interacció nuclear feble. Gell-Mann i Feynman elaboraren les aportacions de E. C. George Sudarshan (1931-2018) i Robert Marshak (1916-1992) en l’anomenada teoria V-A (teoria vectorial vector-axial). La teoria V-A havia d’explicar les estructures quirals de la interacció feble i la violació de paritat en aquest tipus fonamental d’interacció.

Amb Maurice Lévy (*1922) aplicà la teoria V-A a la beta-desintegració per tal d’explicar la taxa de desintegració dels pions carregats (Gell-Mann & Levy, 1960). D’aquest treball derivà el model sigma dels pions per descriure les interaccions de baixa energia d’aquestes partícules.

El 1961, Gell-Mann presentava un nou model que tractava les vuit partícules elementals bariònics com un supermultiplet. Una proposta equivalent fou realitzada de manera independent per Susumu Okubo (1930-2015), i és per aquesta raó que hom parla de la fórmula de massa Gell-Mann—Okubo per referir-se a la norma que regula la suma de masses d’hadrons dins d’un multiplet específic d’acord. El model de Gell-Mann s’havia vist estimulat per la col·laboració del físic amb el matemàtic Richard Earl Block (*1931). Gell-Mann emprà per al seu model el terme de ressò budista “la via òctuple”. En aquest treball, Gell-Mann també enunciava el “principi totalitari” de la física de partícules, d’acord amb l’adagi “Tot el que no és prohibit és obligatori”, i que era pres d’un passatge de “The Once and Future King” (1958) de T. H. White (1906-1964). Gell-Mann deia:

“Entre barions, antibarions, i mesons, qualsevol procés que no és prohibit per una llei de conservació té lloc realment amb una probabilitat apreciable. Hem fet un ús liberal i tàcit d’aquesta assumpció, que es relaciona amb l’estat d’afers que es diu que domina en un estat totalitari perfecte. Tot el que no és prohibit és obligatori. L’ús d’aquest principi és en certa forma perillós, ja que potser que si bé les lleis proposades en aquesta comunicació són correctes, hi ha altres, encara per discutir, que prohibeixen alguns dels processos que suposem que són permesos”.

El 1964, Gell-Mann proposà un model de partícules elementals de tal manera que cada hadró seria una partícula composta formada per dos o més d’aquestes partícules elementals. Gell-Mann proposà el terme “quark” extret d’una frase de la novel·la “Finnegans Wake” (1939), de James Joyce (1882-1941): “Three quarks for Muster Mark” (llibre 2, episodi 4). En efecte, els principals hadrons de la matèria corrent, protons i neutrons, serien formats cadascuna per una combinació de tres quarks. George Zweig (*1937), de manera independent, proposà un model semblant sobre l’estructura dels hadrons bo i emprant per a les noves partícules fonamentals el terme “ace”.

Gell-Mann, doncs, tingué un paper clau en l’establiment del model estàndard de física de partícules, que simplificava enormement “el zoo de partícules” que havien creat les observacions dels anys 1940 i 1950. En aquesta elaboració, l’aproximació bàsica fou la del mètode d’un àlgebra corrent (matrius 3×3 de Gell-Mann) que explotés simetries per fer prediccions que poguessin confirmar-se experimentalment (Gell-Mann, 1962).

El 1972, juntament amb Harald Fritzsch (*1943), Gell-Mann introduí un nombre quàntic conservat en la interacció nuclear forta, al que anomenaren “color” o “càrrega de color”. Cada quark podria tindre, doncs, un “color” “vermell”, “verd” o “blau”. Gell-Mann i Fritzsch, juntament amb Heinrich Leutwyler (*1938), encunyaren el terme “cromodinàmica quàntica” (QCD) per designar aquest “quadre de gluons d’octet de color” (Fritszch et al., 1973). La QCD era l’anàleg en la interacció nuclear forta de la QED (electrodinàmica quàntica) en la interacció electromagnètica. I els gluons eren la interacció nuclear forta el que eren els fotons en la interacció electromagnètica.

Juntament amb Pierre Ramond (*1943) i Richard Slansky (1940-1998), Gell-Mann desenvolupà la teoria del balancí de les masses dels neutrinos.

Gell-Mann en els anys 1970 i a començament dels anys 1980 realitzà contribucions sobre la teoria de cordes, és a dir la teoria que explica les partícules fonamentals com a cordes d’una o més dimensions per comptes de partícules puntuals. En la mecànica quàntica, explorà la noció d’històries consistents per harmonitzar la interpretació de Copenhague amb el naturalisme cosmològic.

Gell-Mann en la ciència de la complexitat

El 1984, Gell-Mann contribuí a la fundació del Santa Fe Institute, dedicat a la recerca teòrica sobre sistemes complexos. La perspectiva del Santa Fe Institute és la validesa d’una teoria de la complexitat recolzada en una recerca interdisciplinar.

El 1992, Gell-Mann, vidu des del 1981, es casà amb Marcia Southwick.

En el 1993, Gell-Mann es retirà de la plaça de professor de física teòrica del Caltech. Retingué la plaça de professor en el Departament de Física i Astronomia de la University of New Mexico, d’Albuquerque, i la càtedra presidència de física i medicina de la University of Southern California.

El 1994 aparegué “The Quark and the Jaguar: Adventures in the Simple and the Complex”. Gell-Mann publicava aquest llibre en el 25è aniversari de la concessió del Nobel de Física i quan, a 65 anys, feia un gir en la seva carrera científica. El títol es basava en un vers del poeta Arthur Sze: “The world of the quark has everything to do with a jaguar circling in the night”. Gell-Mann, l’home conegut per haver donat nom al més petit, al més fonamental o al més simple, és a dir els quarks ara s’embarcava en la teoria del més gran, del més derivat o del més complex, car d’això tracta la teoria de la complexitat.

El 1995, Gell-Mann proposava el terme “plèctica” per designar “l’àrea de recerca transdisciplinar i àmplia que cobreix aspectes de simplicitat i complexitat així com les propietats de sistemes adaptatius complexos”. La plèctica “connecta” simplicitat i complexitat, i s’adreça especialment a “propietats emergents” com són la vida o la intel·ligència.

El 1996, amb Seth Lloyd (*1960), Gell-Mann proposà la complexitat efectiva com a mesura de la complexitat (informació no-aleatòria) d’un sistema.

Al Santa Fe Institute tingué l’oportunitat de cultivar els seus interessos variats sobre lingüística, arqueologia o ornitologia. Així doncs, juntament amb S. A. Starostin (1953-2005) establí el Evolution of Human Languages (EHL) Project.

En l’era moderna dels memes, juntament amb Michael Crichton (1942-2008), definí l’efecte que suscita en qualsevol persona la lectura d’un article popular sobre una matèria que domina. L’expert no triga en adonar-se de la manca de comprensió del redactor sobre aquesta matèria i acaba exasperat o divertit, segons l’humor que tingui, per la quantitat d’errors flagrants que conté. Acte seguit, però, en llegir un altre article de la mateixa publicació que queda fora del seu camp, l’expert s’empassa el contingut de manera acrítica. Aquest és l’efecte d’amnèsia de Gell-Mann.

Lligams:

Coupling strength and nuclear reactions. Murray Gell-Mann. Thesis (Ph.D.), Massacusetts Institute of Technology, Dept. of Physics 1951.

Bound States in Quantum Field Theory. Murray Gell-Mann, Francis Low. Phys. Rev. 84: 350 (1951).

Scattering of Low-Energy Photons by Particles of Spin ½. M. Gell-Mann, M. L. Goldberger. Phys. Rev. 96: 1433 (1954).

The interpretation of the new particles as displaced charge multiplets. M. Gell-Mann. Il Nuovo Cimento 4: 848-866 (1956).

The axial vector corrent in beta decay. M. Gell-Mann, M. Lévy. Il Nuovo Cimento. 16: 705-726 (1960).

The Eightfold Way: A Theory of Strong Interaction Symmetry. Technical Report US Atomic Energy Commission (1961).

Symmetries of Baryons and Mesons. Murray Gell-Mann. Phys. Rev. 125: 1067 (1962)

Advantages of the color octet gluon picture. H. Fritzsch, M. Gell-Mann, H. Leutwyler. Physics Letters B 47: 365-368 (1973).

Let’s call it plectics. Murray Gell-Mann. Complexity 1 (1995/96).

Information measures, effective complexity, and total information. Murray Gell-Mann, Seth Lloyd. Complexity 2: 44-52 (1996).

Aquesta entrada ha esta publicada en 1. L'Univers. Afegeix a les adreces d'interès l'enllaç permanent.

Deixa un comentari

L'adreça electrònica no es publicarà. Els camps necessaris estan marcats amb *

Aquest lloc utilitza Akismet per reduir el correu brossa. Aprendre com la informació del vostre comentari és processada