Джером Фридман

Джером Фридман (полное имя — Джером Айзек Фридман, англ. Jerome Isaac Friedman; род. 28 марта 1930, Чикаго, штат Иллинойс, США) — американский физик-экспериментатор, лауреат Нобелевской премии по физике 1990 года. Премия присуждена совместно с Генри Кендаллом и Ричардом Тейлором «за новаторские исследования глубоко неупругого рассеяния электронов на протонах и связанных нейтронах, что имело существенное значение для развития кварковой модели в физике элементарных частиц». Фридман является одним из ключевых экспериментаторов, доказавших существование кварков как реальных физических объектов, а не просто математических абстракций.

Биография

Ранние годы и образование

Джером Фридман родился в Чикаго в семье еврейских иммигрантов из Российской империи. Его отец, Исраэль Фридман, был портным, мать, Лилиан (урождённая Вайнберг), — домохозяйкой. Семья испытывала финансовые трудности, но поощряла интерес сына к науке.

После окончания средней школы Фридман поступил в Чикагский университет, где в 1950 году получил степень бакалавра искусств, а в 1953 году — степень магистра наук. В 1956 году он защитил докторскую диссертацию (Ph.D.) по физике под руководством Энрико Ферми. Диссертация была посвящена измерению поляризации протонов, образующихся в реакциях с участием пионов.

Научная карьера

После защиты докторской Фридман работал в Чикагском университете, а затем в Стэнфордском центре линейных ускорителей (SLAC, ныне Национальная ускорительная лаборатория SLAC). В 1960 году он перешёл в Массачусетский технологический институт (MIT), где в 1967 году стал профессором физики. В MIT он проработал до выхода на пенсию в 2000 году, занимая должность заведующего кафедрой физики (1980–1983) и директора Лаборатории ядерных наук (1983–1988).

Эксперименты по глубоко неупругому рассеянию

Предпосылки

В 1960-х годах стандартная модель элементарных частиц ещё не была сформирована. Существовала гипотеза о том, что протоны и нейтроны (нуклоны) могут состоять из более мелких частиц — кварков, предложенная независимо Мюрреем Гелл-Манном и Джорджем Цвейгом в 1964 году. Однако прямых экспериментальных доказательств существования кварков не было; многие физики считали их математическим приёмом.

Методика эксперимента

Фридман совместно с Генри Кендаллом и Ричардом Тейлором разработал серию экспериментов на линейном ускорителе SLAC. В этих экспериментах пучок электронов высокой энергии (до 20 ГэВ) направлялся на мишень из жидкого водорода или дейтерия. Измерялось сечение рассеяния электронов под разными углами и с разной потерей энергии.

Ключевым понятием стало глубоко неупругое рассеяние (Deep Inelastic Scattering, DIS). В отличие от упругого рассеяния, при котором электрон отскакивает от протона как от целого объекта, при глубоко неупругом рассеянии электрон передаёт значительную часть энергии, разрушая протон. Анализ углового распределения и энергетических спектров рассеянных электронов позволил сделать выводы о внутренней структуре нуклона.

Результаты и открытие кварков

Эксперименты, проведённые в 1967–1973 годах, показали, что при высоких энергиях электроны рассеиваются на точечных, бесструктурных объектах внутри протона. Эти объекты имели спин 1/2 и несли дробные электрические заряды (+2/3 и -1/3 от заряда электрона), что полностью соответствовало предсказаниям кварковой модели. Открытие получило название «скейлинг Бьёркена» (по имени теоретика Джеймса Бьёркена, предсказавшего такое поведение). Фридман и его коллеги экспериментально подтвердили, что кварки являются реальными частицами, а не просто математическими фикциями.

Нобелевская премия

В 1990 году Нобелевский комитет присудил премию по физике Фридману, Кендаллу и Тейлору. В официальном пресс-релизе отмечалось, что их работа «заложила основу для современной теории сильных взаимодействий — квантовой хромодинамики». Нобелевская лекция Фридмана была посвящена истории и значению экспериментов по глубоко неупругому рассеянию.

Дальнейшая научная деятельность

После нобелевского признания Фридман продолжал активную научную работу. Он участвовал в экспериментах на коллайдерах частиц, в том числе на ускорителе Тэватрон (Fermilab) и на Большом электрон-позитронном коллайдере (LEP) в ЦЕРНе. Его интересы сместились в область физики высоких энергий, включая поиск новых частиц и изучение свойств кварк-глюонной плазмы. В 1990-х годах он был членом консультативных советов ряда национальных лабораторий США.

Научные достижения и признание

Основные вклады в науку

• Экспериментальное открытие кварков как реальных частиц.
• Разработка методики глубоко неупругого рассеяния для изучения структуры адронов.
• Подтверждение скейлинга Бьёркена, что стало важным шагом к созданию квантовой хромодинамики.
• Участие в создании современной Стандартной модели физики элементарных частиц.

Награды и звания

• Нобелевская премия по физике (1990).
• Член Национальной академии наук США (с 1970).
• Член Американской академии искусств и наук.
• Член Американского физического общества.
• Почётный доктор ряда университетов, включая Чикагский университет (1991) и Университет Питтсбурга (1992).

Личная жизнь и общественная деятельность

Джером Фридман был женат на Тове (урождённой Барнетт), с которой прожил более 60 лет до её смерти в 2018 году. У них двое детей. Фридман известен своей активной позицией по вопросам науки и образования. Он выступал за увеличение финансирования фундаментальных исследований и критиковал попытки политизировать науку. В 1990-х годах он участвовал в дискуссиях о контроле над ядерными вооружениями и нераспространении.

Источники

• Jerome I. Friedman — Biographical. Nobel Foundation. Nobel Lectures, Physics 1981–1990. World Scientific Publishing Co., 1993.
• *Friedman, J. I.; Kendall, H. W.; Taylor, R. E. (1972). «Deep Inelastic Electron Scattering». Annual Review of Nuclear Science. 22: 203–254.
• *Close, F. (2006). The New Cosmic Onion: Quarks and the Nature of the Universe. CRC Press.
• *Riordan, M. (1987). The Hunting of the Quark: A True Story of Modern Physics. Simon & Schuster.
• *Pais, A. (1986). Inward Bound: Of Matter and Forces in the Physical World. Oxford University Press.
• *Сведения о биографии и научной деятельности на сайте Массачусетского технологического института (MIT).