Абрахам Пайс

Абрахам Пайс

Abraham Pais

Дата рождения

19 мая 1918 года

Место рождения

Амстердам, Нидерланды

Дата смерти

28 июля 2000 года

Место смерти

Копенгаген, Дания

Научный руководитель

Леон Розенфельд

учёный

Пайс с Тинеке Бухтер.

Абрахам Пайс (англ. Abraham Pais) — американский физик.

Происхождение и образование

Родился 19 мая 1918 года в Амстердаме. Отец, Исайя «Жак» Пайс, происходил из сефардов, изгнанных из Португалии, работал школьным учителем, директором двух школ, одна из которых была сефардской; мать, Кати ван Клиф, ашкеназская еврейка, до замужества работала учительницей.

Пайс рос в религиозной атмосфере, но потерял веру примерно в 9 лет; тем не менее он всегда ощущал своё еврейское происхождение и не считал его связанным с принадлежностью к определённой религии.

В юности состоял в Голландской сионистской молодёжной организации, через которую познакомился с Тинеке Бухтер; но семья Пайса не не позволила жениться на ней, так как она была шиксой. Увлекался литературой и музыкой, часто посещал Консертгебау и даже одно время хотел стать дирижёром.

В 1935 году поступил в Амстердамский университет и обучался там точным наукам.

В феврале 1938 года получил степень бакалавра и решил продолжить образование в области теоретической физики.

Весной 1939 года изучал теорию электронов и позитронов, а также явление деления ядер, открытое незадолго до этого.

22 апреля 1940 года получил степень магистра.

Период оккупации

В мае 1940 года немецкая армия оккупировала Голландию; немцы сразу же принялись вводить новые ограничения для еврейского населения. Например, евреям было запрещено занимать академические позиции и вообще быть на государственной службе; протесты против этих ограничений привели в ноябре к закрытию Лейденского университета. Тем самым, Пайс больше не мог официально занимать свою ассистентскую должность, но Розенфельд, к тому времени прибывший в Утрехт, назначил на этот пост другого человека с тайным условием, что тот будет отдавать часть заработной платы Пайсу. С каждым днём права еврейского населения всё больше ограничивались; вскоре был наложен запрет и на получение евреями докторских степеней: один из декретов оккупантов устанавливал крайний срок — 14 июля 1941 года. Под руководством Розенфельда Пайс написал диссертацию и защитил её за 5 дней до этой даты.

В 1942 году евреи были переселены в гетто, им было предписано носить на одежде жёлтые звёзды, начались отправки в концлагеря. Сестра Пайса Анни была убита отравляющими газами в лагере Собибор в июне 1943 года, его родители чудом выжили.

После первых депортаций, в конце 1942 года, Пайс решил скрываться. Пайсу помогала Тинеке Бухтер и другие друзья, он достал себе фальшивое удостоверение личности и готовился к продолжительной жизни в замкнутом пространстве.

С марта 1943 года прятался на чердаке одного дома; здесь он устроил себе укрытие за панелью фальшивой стены, куда мог залезть в случае опасности. Одновременно занимался физикой и чтению, его тайно посещали Тинеке Бухтер и Крамерс, с которым он мог обсуждать научные проблемы (в особенности их интересовала задача о собственной энергии электрона в квантовой теории поля). После облавы в ноябре 1943 года Пайс покинул это место, сменил несколько убежищ, тяжёлой зимой 1944−1945 года страдал от голода.

В марте 1945 года в результате облавы Пайс был схвачен гестапо и помещён в тюрьму. Тинеке Бухтер сообщила об этом Крамерсу, который написал Вернеру Гейзенбергу письмо с просьбой о помощи, но тот ответил, что ничего не может сделать. Однако, в конце апреля Тинеке Бухтер отправилась к одному из полицейских начальников, показала письмо Крамерса и объяснила, что заключённый является всего лишь аполитичным учёным и Пайс был отпущен; в то время его товарища, который также был арестован в том убежище, расстреляли.

8 мая 1945 года канадская армия вошла в Амстердам, окончательно завершив освобождение страны от немецкой оккупации.

Работа в США

В июне 1945 года снова стал ассистентом Розенфельда в Утрехте и начал готовить к публикации свои результаты, как содержавшиеся в его докторской диссертации, так и полученные позже, в период жизни в подполье. Начал деятельность популяризатора науки, когда после атомной бомбардировки Хиросимы и Нагасаки по просьбе одного из изданий написал статью о ядерном оружии. Получил приглашение от Нильса Бора провести некоторое время в Копенгагене, а также от Вольфганга Паули, который тогда работал в Принстоне.

В январе 1946 года прибыл в Копенгаген в качестве одного из первых послевоенных молодых сотрудников Института теоретической физики.

В сентябре 1946 года направился в Нью-Йорк для участия в первом послевоенном собрании Американского физического общества.

22 сентября 1946 года прибыл в Принстонский институт и остался здесь работать. Здесь Пайс познакомился здесь с такими физиками, как Альберт Эйнштейн и Джон фон Нейман. В течение ряда лет Пайс регулярно обсуждал с Эйнштейном научные вопросы.

В начале июня 1947 года участвовал в конференции на острове Шелтер Айленд, которая сыграла важную роль в преодолении затруднений, стоявших перед квантовой электродинамикой.

Ставший в апреле 1947 года директором Института перспективных исследований Роберт Оппенгеймер предложил Абрахаму Пайсу остаться.

В 1949 году Пайс получил постоянную позицию, а спустя 2 года стал полным профессором — третьим в Институте перспективных исследований — после Эйнштейна и Оппенгеймера.

В 1953 году предпринял кругосветное путешествие.

Получил гражданство США.

15 декабря 1956 года женился на модели Лайле Этвилл. В июне 1958 года у них родился сын Джошуа, ставший впоследствии актёром.

В январе 1960 года скончался Пайса; часть этого года он провёл в Европе, работая в ЦЕРНе.

В следующем году разошёлся с женой, которая страдала расстройством психики.

В 1963 году перешёл в Рокфеллеровский университет, где возглавил теоретическую группу.

В 1975 году женился на Саре, преподавателе французского в Принстоне, но спустя 10 лет они расстались и затем развелись.

В 1976 году учёному предложили занять пост директора в Институте перспективных исследований, однако Пайс отказался.

В 1981 году получил звание почётного профессора в Рокфеллеровском университете.

В октябре 1985 года, в период празднования столетнего юбилея Нильса Бора, познакомился в Копенгагене с Идой Николайсен (родилась в 1940 году), доцентом антропологии Копенгагенского университета; в марте 1990 года они поженились.

Последние годы

В 1988 году вышел на пенсию, но продолжал по времени работать в Институте Нильса Бора.

В июне 2000 года, после одной из публичных лекций в Голландии, Пайс перенёс сердечный приступ.

Умер 28 июля 2000 года в Копенгагене.

Вклад в науку

В первых работах после окончания Второй мировой войны обратился к проблеме собственной энергии электрона в квантовой электродинамике, предложив новую схему устранения расходимостей за счёт введения дополнительных полей. При этом бесконечные вклады в собственную энергию частицы, порождаемые различными полями, могут скомпенсировать друг друга. В конкретном случае электрона Абрахам Пайс в дополнение к обычному электромагнитному взаимодействию ввёл нейтральное короткодействующее векторное поле, так что при определённых условиях собственная энергия электрона, взаимодействующего с этим новым полем, оказывалась конечной. Вскоре, однако, стало ясно, что эта гипотеза несовместима с другими требованиями полевой теории, хотя и сыграла стимулирующую роль в дальнейшем развитии этой области физики. Пайс использовал эту свою идею для оценки разницы масс протона и нейтрона. В период краткосрочного пребывания в Копенгагене Абрахама Пайс в сотрудничестве с Кристианом Мёллером разрабатывал теорию, согласно которой элементарные частицы объединялись в семейства, что можно было использовать для оценки разности масс этих объектов. Хотя эта попытка в целом оказалось неудачной, поскольку не позволяла включить информацию о новых частицах, которые открывались экспериментаторами, авторы работы предложили ныне принятый термин «лептон» для характеристики лёгких частиц, например электрона и мюона.

Занимался исследованиями космических лучей привели к открытию ряда новых элементарных частиц. Некоторые из этих частиц обладали неожиданно высокими значениями времени жизни, что не находило теоретического объяснения; такие частицы получили название «странных», или V-частиц, поскольку треки, которые они оставляли в камере Вильсона, напоминали букву V. К началу 1950-х годов были получены надёжные свидетельства существования таких частиц, поэтому Пайс решил заняться разгадкой их тайны. В процессе работы над проблемой Пайс впервые пришёл к идее о том, что возможно существование правил отбора, и, соответственно, законов сохранения, которые выполняются для одних взаимодействий и нарушаются для других. Применительно к странным частицам это означало, что только па́ры таких частиц могут вступать в сильные взаимодействия, тогда как поодиночке они взаимодействуют слабо. Другими словами, странные частицы могут рождаться в столкновениях обычных частиц только па́рами. Это явление, получившее название ассоциативного рождения странных частиц, было описано учёным в 1952 году и позволило объяснить некоторые их свойства; например, большие времена жизни были следствием невозможности их распада за счёт сильных взаимодействий. Идея Пайса была подтверждена в экспериментах на ускорителе в Брукхейвенской национальной лаборатории Космотрон.

В 1952 году в сотрудничестве с Ресом Йостом начал развивать представления о связи правил отбора и симметрий в теории элементарных частиц с теорией групп. Обобщая группу изоспина, использовавшуюся в ядерной физике, они попытались построить симметрию более высокого порядка, которая также включала бы свойства странных частиц. Эта деятельность сблизила Пайса с Мюрреем Гелл-Манном, который тоже занимался применением групповых методов к описанию семейств частиц. Их совместная работа 1954 года содержала идею нового квантового числа, сохранение которого выполняется в сильных и нарушается в слабых взаимодействиях. Но явным образом оно было введено Гелл-Манном в 1956 году и получило название «странности». К этому времени лёгкие странные частицы получили название К-мезонов (каонов), тогда как тяжёлые стали называть гиперонами.

В 1955 году Пайс ввёл термин «барион» для обозначения тяжёлых частиц (нуклонов и гиперонов). В том же году вместе с Гелл-Манном ввёл представление о смешанных состояниях нейтральных каонов, которые представляют собой суперпозицию каона $\mathrm {K^{0}}$ и антикаона $\mathrm {{\bar {K}}^{0}}$. Эти два смешанных состояния ($\mathrm {K_{S}}$ и $\mathrm {K_{L}}$) должны обладать различными временами жизни, причём из эксперимента была известна лишь частица $\mathrm {K_{S}}$ с коротким временем жизни. Пайс, который работал консультантом в Брукхейвенской лаборатории, представил там полученные результаты; вскоре существование состояния $\mathrm {K_{L}}$ было экспериментально подтверждено сотрудниками лаборатории. Другим следствием теории Пайса и Гелл-Манна было то, что соотношение между компонентами суперпозиции может меняться по мере распространения пучка частиц, что приводит к возникновению эффектов осцилляции и регенерации состояний, когда $\mathrm {K_{L}}$ переходит в $\mathrm {K_{S}}$ и обратно. Вместе с Орестом Пиччиони Пайс теоретически изучил эти эффекты, позволяющие лучше понять поведение нейтральных каонов. В 1961 году Ричард Фейнман назвал открытие смешанных состояний частиц «одним из величайших достижений в теоретической физике»; сам Пайс считал его своей лучшей работой. В 1956 году исследование каонов привело к предсказанию Янгом и Ли нарушения чётности в слабых взаимодействиях, что вскоре нашло экспериментальное подтверждение.

В 1950-е годы разработал принцип экономии констант (1954) и иерархии взаимодействий (1958) и совместно с Йостом дал точное определение G-чётности.

Несколько работ Пайса, опубликованных в 1958 году, были посвящены свойствам симметрии сильных взаимодействий, а 2 года спустя исследование рождения пионов при аннигиляции протонов и антипротонов привело к открытию так называемого эффекта Гольдхабера — Гольдхабер — Ли — Пайса (GGLP), согласно которому корреляции в рождении пионов определяются статистикой Бозе — Эйнштейна.

В 1964 году под влиянием открытия нарушения CP-инвариантности в слабых взаимодействиях обратился к перспективной схеме SU(6)-симметрии и её нарушения. Одним из следствий из этой симметрии была необходимость приписывать кваркам одно из трёх значений квантового числа, позже получившего наименование «цвета»; значимость этой идеи была в полной мере осознана лишь годы спустя.

В 1970-е годы занимался калибровочными теориями поля и квантовой хромодинамикой.

В 1972 году вместе с Сэмом Трейманом изучал эффекты нейтральных токов в некоторых процессах с участием слабых взаимодействий.

Совместно с Говардом Джорджи изучал процессы нарушения CP-инвариантности в калибровочных теориях.

В 1975 году Пайс и Трейман впервые использовали термин «стандартная модель» по отношению к электрослабой теории с четырьмя кварками; в последствии это понятие претерпело существенную модификацию и уточнение.

Труды

• Pais A. Developments in the Theory of the Electron. — Princeton University Press, 1948.
• Pais A. ‘Subtle is the Lord…’: The Science and the Life of Albert Einstein. — Oxford University Press, 1982. Русский перевод: А. Пайс. Научная деятельность и жизнь Альберта Эйнштейна. — М.: Наука, 1989.
• Pais A. Inward Bound: Of matter and forces in the physical world. — Oxford University Press, 1986.
• Pais A. Niels Bohr's Times: In physics, philosophy, and polity. — Oxford University Press, 1991.
• Pais A. Einstein Lived Here. — Oxford University Press, 1994.
• Twentieth Century Physics / Eds. A. Pais, B. Pippard, L. Brown. — Oxford University Press, 1995.
• Pais A. A Tale of Two Continents: A physicist's life in a turbulent world. — Princeton University Press, 1997.
• Pais A. The Genius of Science: A Portrait Gallery. — Oxford University Press, 2000. Русский перевод: А. Пайс. Гении науки. — М.: ИКИ, 2002.
• Pais A, Crease R. P. J. Robert Oppenheimer: A life. — Oxford University Press, 2006.

См. также

• Евреи в физике