Ричард Тейлор

Ричард Тейлор — американский физик, лауреат Нобелевской премии по физике 1990 года. Известен своими экспериментальными работами по глубоко неупругому рассеянию электронов на протонах и связанных нейтронах, которые предоставили первое экспериментальное доказательство существования кварков — фундаментальных частиц, составляющих протоны и нейтроны.

Биография

Ричард Эдвард Тейлор родился 2 ноября 1929 года в Медисин-Хате, провинция Альберта, Канада. Его отец был инженером-нефтяником, мать — домохозяйкой. В 1950 году он получил степень бакалавра по математике и физике в Университете Альберты. В 1952 году получил степень магистра, а в 1962 году — докторскую степень (Ph.D.) по физике в Стэнфордском университете под руководством Роберта Хофштадтера.

После защиты диссертации Тейлор работал в Ливерморской национальной лаборатории, а затем вернулся в Стэнфорд, где присоединился к группе, работавшей на Стэнфордском линейном ускорителе (SLAC). С 1968 года он стал профессором Стэнфордского университета. В 1990 году совместно с Джеромом Фридманом и Генри Кендаллом получил Нобелевскую премию по физике «за новаторские исследования глубоко неупругого рассеяния электронов на протонах и связанных нейтронах, имеющие важное значение для развития кварковой модели в физике частиц».

Ричард Тейлор скончался 22 февраля 2018 года в Стэнфорде, Калифорния, в возрасте 88 лет.

Научная деятельность

Эксперименты на SLAC

Основной вклад Тейлора в физику связан с серией экспериментов, проведённых в конце 1960-х годов на Стэнфордском линейном ускорителе. В этих экспериментах пучок высокоэнергетических электронов направлялся на мишень, содержащую протоны (например, жидкий водород) или нейтроны (дейтерий). Измерялись углы и энергии рассеянных электронов. Это явление получило название глубоко неупругого рассеяния (Deep Inelastic Scattering, DIS).

До этих экспериментов доминирующей моделью строения протона была модель, согласно которой протон и нейтрон являются элементарными частицами без внутренней структуры. Однако эксперименты Тейлора, Фридмана и Кендалла показали, что при достаточно высоких энергиях электроны рассеиваются на точечных объектах внутри протона, а не на самом протоне как целом. Эти точечные объекты впоследствии были идентифицированы как кварки.

Подтверждение кварковой модели

Результаты экспериментов на SLAC предоставили первое прямое экспериментальное доказательство существования кварков — гипотетических частиц, предложенных в 1964 году независимо Мюрреем Гелл-Манном и Джорджем Цвейгом. До этого кварковая модель была математической конструкцией, объясняющей классификацию адронов, но не имела прямого экспериментального подтверждения.

Ключевым результатом стало наблюдение так называемого «масштабного инвариантного поведения» (scaling) в сечениях рассеяния. Это поведение, предсказанное Ричардом Фейнманом в рамках его партонной модели, указывало на то, что внутри протона существуют точечные, бесструктурные компоненты (партоны), которые впоследствии были отождествлены с кварками и глюонами.

Значение для развития квантовой хромодинамики

Эксперименты Тейлора и его коллег заложили экспериментальную основу для квантовой хромодинамики (КХД) — теории сильного взаимодействия, описывающей взаимодействие кварков и глюонов. КХД стала частью Стандартной модели физики элементарных частиц. Глубоко неупругое рассеяние остаётся одним из основных методов изучения внутренней структуры протонов и нейтронов, а также других адронов.

Награды и признание

• 1989 год — премия Вольфа по физике (совместно с Фридманом и Кендаллом) за экспериментальное подтверждение кварковой модели.
• 1990 год — Нобелевская премия по физике (совместно с Фридманом и Кендаллом) за новаторские исследования глубоко неупругого рассеяния.
• 1990 год — член Национальной академии наук США.
• 1991 год — член Американского физического общества.
• 2005 год — медаль Планка Немецкого физического общества.

Личные качества и научный стиль

Коллеги и современники описывали Тейлора как скромного, тщательного и методичного экспериментатора. Он был известен своей способностью кропотливо анализировать данные и устранять систематические ошибки, что было критически важно для получения надёжных результатов в сложных экспериментах на ускорителях. Он не стремился к публичности и редко давал интервью, предпочитая сосредотачиваться на научной работе.

Источники

• Nobel Prize. Richard E. Taylor. Biographical. NobelPrize.org.
• Friedman, J. I., Kendall, H. W., Taylor, R. E. (1991). «Deep Inelastic Scattering: The Early Years». Reviews of Modern Physics, 63(3), 573–596.
• Close, F. (2009). «The Infinity Puzzle: Quantum Field Theory and the Hunt for an Orderly Universe». Basic Books.
• Pais, A. (1986). «Inward Bound: Of Matter and Forces in the Physical World». Oxford University Press.
• Некролог в журнале Physics Today (2018). Richard E. Taylor (1929–2018).