داستان نابغه ي جوان

می گویند روزی دانشجوی جوانی از انریکو فرمی نام ذرات بنیادی را پرسید و فرمی پاسخ داد، « مرد جوان، اگر می توانستم نام تمام این ذرات را به خاطر بیاورم، می رفتم گیاه شناس می شدم». در آن زمان ( یعنی اواسط دهه ي 1950) فقط دوازده ذره ي بنیادی شناخته شده بود ولی نامگذاری آنها در همان موقع هم کلاف سردرگمی بود. ده سال پس از آن، با بهره برداری از شتاب دهنده های قوی جدید و ساخته شدن وسایل هرچه حساستر برای آشکارسازی ذرات، تعداد ذرات شناخته شده به یکصد رسید و فهرست آنها مرتباً طویلتر می شد. چنین شرایطی، « گیاه شناسان» فیزیک ذرات را مستأصل کرده بود.
تلاش عمده برای نظم بخشیدن به این جنگل ذرات، که کاملاً آشوبناک به نظر می رسید، به وسیله ي فیزیکدانی به نام مورای گل- مان (1) انجام گرفت. او عمیقاً باور داشت که در پس همه ي این آشفتگی، طرحهای ساده ای وجود دارد که اصول تقارن تعیین می کند. یکی از ابزارهای مورد استفاده ي او، ابزاری ریاضی بود که فیزیکدانان کوانتومی آن را از زمان کارهای اولیه ي بور و پائولی، می شناختند و آن عدد کوانتومی بود. تعدادی از مرموزترین ذرات بنیادی را می توان به کمک یک عدد کوانتومی جدید طبقه بندی کرد. این عدد کوانتومی، «شگفتی» (2) نام دارد که اسم بامسمّایی نیز هست. در طرح گل-مان، عدد کوانتومی شگفتی، تنها نیمی از یک دستگاه پیچیده تر برای دسته بندی ذرات بود. این دستگاه، مستقیماً به قلب تقارنهای ساختاری پروتونها و نوترونها و دیگر خویشاوندان غریب آنها راه می یافت. تقارن، کلید حل مسئله بود چون می توانست بدون کمک گرفتن از جزئیات یک دینامیک کوانتومی مناسب که هنوز ناشناخته بودند، قصه ي خود را بازگوید. گل-مان نظریه ي تقارن را سرلوحه ي کار خود قرار داد و پیش رفت تا عاقبت مفهوم کوارک را پدید آورد که امروزه، ظاهراً همه جا سر و کله اش پیدا می شود. این داستان، به طور خلاصه، یکی از دو داستانی است که در این فصل گفته می شود. داستان دوم این فصل، حکایت خود گل- مان است.
او در سال 1929 به دنیا آمد. در آن هنگام، خانواده ي او در خیابان چهاردهم در مانهاتان (3) جنوبی زندگی می کردند. پدر او آرتور گل- مان (4) با نام ایزیدور گلمان (5) از وین به نیویورک رفته بود. چندی بعد، نام آرتور را برگزید و کمسی پس از ازدواجش، خط فاصل مشخصه را به نام خانوادگی خود افزود. او مردی متشخص بود و آرزوهایی روشنفکرانه داشت که هرگز تحقق نیافت. او در وین، مطالعه ي فلسفه و ریاضی را آغاز کرده بود ولی والدینش که به نیویورک مهاجرت کرده بودند به کمک و پشتیبانی او نیاز داشتند و او هم ناگزیر به مهاجرت به بخش سفلی ایست ساید در نیویورک شد.
آرتور ذهنی اگر نه درخشان، ولی خوب داشت. استعداد فوق العاده ي او در زبان، باعث شد تا مدرسه ي آموزش زبان آرتور گل- مان را تأسیس کند. متأسفانه مهارت تقریباً استادانه ي او در زبان انگلیسی، با توانایی او در معلّمی همراه نبود. جورج جانسون (6)، زندگینامه نویس مورای گل-مان در این باره می نویسد، « او ]آرتور[ شیوه ي تدریس بسیار خشک و غیرقابل تحملی داشت که بعداً مورای جوان ] و گویا شاگردان آرتور[ را به ستوه آورده بود». او به شاگردانش که همه مهاجر بودند، انبوهی از قواعد و فنون طاقت فرسای دستور زبان درس می داد و در هر مورد، اصطلاحات را تمام و کمال و به درستی به کار می برد. جانسون می نویسد « او در زبان استاد بود. فن معانی و بیان و همه ي دقایق آن را در حد یک ادیب، می دانست. او عاشق یادگیری و عاشق طنین صدای خودش بود. تدریس او به گونه ای بود که گویی کسی جز خودش، شنونده ي آن درس نیست».
مدرسه ي زبان، در سالهای بحران بزرگ اقتصادی، دوام نیاورد و در سال 1932، خانواده ي آنها در تنگنای مالی شدیدی قرار گرفت. آرتور از سر استیصال، در یک بانک به عنوان نگهبان کاری پیدا کرد. او از خانواده و از بقیه ي دنیا برید و هوش خود را در راه درک تجریدهای نظریه ي نسبیت اینشتین به کار گرفت. مادر مورای، پاولین (7) نیز از همه بریده بود و صرفاً، همه ي گرفتاریهایش را انکار می کرد. جانسون می نویسد « او به طرز وسواس گونه ای شاد می نمود، حتی هنگامی که موردی برای شادمانی وجود نداشت. به ندرت از چیزی گله می کرد. در یک دنیای خالی به سر می برد..... همه ي اینها یعنی آغاز یک بیماری روحی». والدینی که خوشان تا به این حد گرفتار بودند، نمی توانستند راهنمایی چندانی به فرزند با استعدادشان بکنند. از این رو، مورای به برادرش، بن، روی آورد. بن، ده سال از مورای بزرگتر و پیشرس (استثنایی) بود. دو برادر در موزه های بزرگ نیویورک، به خودشان آموزش می دادند، موزه هایی مثل موزه ي تاریخ طبیعی در سمت غربی شهر و موزه ي متروپولیتن هنر که در آن سوی سنترال پارک در سمت شرقی شهر واقع شده بود. سنترال پارک، خود یک موزه ي زنده بود و در آنجا، مورای شروع به یادگیری این درس بزرگ کرد که گوناگونی طبیعت پایانی ندارد.
حتماً لازم نیست نابغه باشید تا بتوانید یک فیزیکدان بزرگ شوید، ولی البته نابغه بودن به این منظور کمک می کند. تامسون، ماکسول، رادرفورد، هایزنبرگ، دیراک و پائولی را به خاطر آورید. مورای گل- مان نیز به همین گروه از افراد تعلق داشت. او در سه سالگی می توانست اعداد بزرگ را در ذهنش در هم ضرب کند. چند سال بعد، آن قدر زبان لاتین و تاریخ روم می دانست که می توانست اشتباهات افراد بزرگتر از خود را ( آن هم به نحو جالب توجهی) اصلاح کند. وقتی هفت سال داشت در یک مسابقه ي هجّی کلمات با بچه های دوازده ساله، برنده شد. معلمهایش نمی دانستند با او چه کنند ولی یک معلم پیانوی مهربان و فهمیده به نام فلورانس فرینت (8)، می دانست. او دوستی نزدیکی با مورای پیدا کرد و او را به دیدن مدیر یک مدرسه ي خصوصی به نام مدرسه ي کلمبیا (9) در بخش غربی مانهاتان برد. او با اصرار بر اینکه این پسر را باید ببینید تا باور کنید، توانست برای این ملاقات وقت بگیرد. در طول این دیدار، جای هیچ شک و شبهه ای در مورد مورای برای مدیر باقی نماند. او پی برد که توانایی هوشی مورای ( در سن هشت سالگی) با توانایی اکثر دانشجویان کالج، برابری می کند. مورای با گرفتن کمک هزینه ي تحصیلی کامل، وارد مدرسه ي کلمبیا شد و برای یک دفعه هم که شده، آرتور و پاولین به نیاز فرزند فوق العاده شان پاسخ مثبت دادند. همه ي خانواده به آپارتمانی در خیابان نود و سوم غربی، یعنی همان بلوکی که مدرسه در آن قرار داشت، نقل مکان کردند.
در مدرسه ي کلمبیا، مورای باز هم از معلمان و همکلاسیهایش جلوتر و در عین حال از همکلاسیهایش چند سال کوچکتر بود. او بعدها این مدرسه را تحقیر می کرد و مدعی بود که در آنجا مطلقاً هیچ چیز نیاموخته، ولی همین مدرسه موجب شد تا بتواند به دانشگاه ییل (10) که جزء جامعه ي دانشگاههای شرق آمریکا (11) بود راه یابد، البته این بار هم با گرفتن بورس تحصیلی کامل. با ورود به ییل، مورای وارد محیط آنگلوساکسونهای سفیدپوست پروتستان (12) (WASP) شد. او در نیویورک، چنین محیطی را تجربه نکرده بود. او جزء سهمیه ي ( دقیقاً ده درصدی) دانشجویان یهودی بود و سرپرست دانشجویان سال اولی این نکته را روشن کرد که هیچ استثنایی در کار نخواهد بود. او گفت: « اینجا یک آموزشگاه مسیحی است که با تقویم مسیحی اداره می شود و باید بدانید که از شما انتظار داریم تا در طول تعطیلات یهودیان در سر کلاس درس حاضر باشید». وقتی بعضی از دانشجویان به این حرف اعتراض کردند، رئیس دانشگاه ییل، فرمان سرپرست مربوطه را ابطال می کرد ولی با احساساتی که در پشت آن نهفته بود، مخالفتی نکرد.
اولین رشته ي اصلی که مورای در ییل انتخاب کرد، باستان شناسی بود. پدرش گفت: « این کار حماقت است و اگر باستان شناس بشود از گرسنگی خواهد مرد. او باید همان کاری را بکند که هاینریش شلیمان (13) باستان شناس بزرگ آلمانی کرده بود. او می گفت: اول ثروتمند شو و بعد سفرهای اکتشافی باستان شناسی ترتیب بده. و از کجا باید این ثروت را به دست آورد؟ از مهندسی». مورای به سرعت با این گزینه مخالفت کرد. او تأکید داشت که هر ساختمانی را که طراحی کند، فرو خواهد ریخت. عاقبت، پدر و پسر بر سر گزینه ای به توافق رسیدند که شاید در نظر اول هر دو درباره ي آن تردید داشتند و آن فیزیک بود.
می توان دست کم بخشی از اعتبار تأیید گل-مان به عنوان یک فیزیکدان را متعلق به دانشگاه ییل دانست. یکی از اعضای هیئت علمی دانشگاه ییل که به عنوان یک متفکر و آموزگار، بیشترین تأثیر را بر مورای گذاشت، هنری مارگناو (14) بود. او نظریه پردازی کوانتومی از نسل دیراک، هایزنبرگ و پائولی و متخصص فلسفه ي علم هم بود که به تدریس یک دوره ي درسی غیرمعمول مشغول بود که به غور در مبانی فیزیک می پرداخت. به کمک درسها و نوشته های مارگناو، مورای برای اولین بار به ارزش معماری هوشمندانه ي نظریه های کوانتومی و نسبیت پی برد.
گرچه مورای در حال رسیدن به سطوح عالی ریاضی و فیزیک بود، ولی کار درسی هنوز برایش آسان بود و درس خواندن برایش ضروری نمی شود. در حالی که همکلاسیهای دل نگران او با زحمت روی درسها عرق می ریختند، او همیشه حاضر بود تا برای یک نوشیدنی و یا بحث سیاسی آن هم معمولاً از موضع چپ، بیرون برود.
در سال آخر تحصیل در ییل، نشانه های عارضه ای در مورای ظاهر شد که هیچ وقت درمان نشد و آن « مسدود شدن راه نوشتن» بود. او نمی توانست رساله ي پایان نامه ي خود را به پایان برساند، حتی به سختی توانست آن را شروع کند. او نکات مرسوم در تحقیق و نوشتن رساله را بلد نبود و از مارگناو هم که استاد راهنمایش بود، کمک نمی گرفت. بدتر آنکه او نمی توانست با یک صفحه ي کاغذ نانوشته روبه رو شود و به قول جانسون « با تصویر پدرش در بالای سرش هرگز هیچ چیز، راضی کننده نبود». مورای نه در ییل و نه در هیچ دانشگاه شرق آمریکا برای طی دوره ي تحصیلات تکمیلی پذیرفته نشد، مگر در هاروارد که آنجا هم کمک هزینه ي تحصیلی به او داده نمی شد. این، شاید به خاطر آن بود که رساله ي پایان نامه نداشت و شاید هم به خاطر رأی منفی تعیین کننده ای بود که مارگناو به او داده بود.
معهذا در MIT جایی برای او وجود داشت. او می توانست دستیار ویکتور وایسکوف (15) شود که یکی از رهبران جامعه ي فیزیک بود. «ویکی» (16) وایسکوف کار خود را، تقریباً با همه ي بنیانگذاران مکانیک کوانتومی، آغاز کرده بود. با شرودینگر در برلین، یورن در گوتینگن، هایزنبرگ در لایپزیگ، بور در کپنهاگ، پائولی در زوریخ و با دیراک در کمبریج. در طول جنگ جهانی، به جمع معروف نظریه پردازان اپنهایمر در لوس آلاموس پیوسته بود. گل-مان از هیچ یک از این امتیازات خبر نداشت. او حتی اسم وایسکوف را نشنیده بود و اشتیاقی برای رفتن به MIT نداشت. او می پرسید « چطور می توانم به آن محیط کثیف بروم؟» ولی گزینه های پیش روی او، محدود بود. چنانکه خود او می گفت: « اندکی تأمل، مرا متقاعد کرد که می توانم MIT را امتحان کنم و بعداً اگر خواستم، خودكشی می کنم، ولی راه دیگری وجود نداشت».
MIT ارزش امتحان کردن داشت. در آنجا گل- مان به یاری وایسکوف، فیزیک را، چنانکه باید یاد گرفت. او آموخت که « سازگاری با شواهد، با ارزشتر از ظرافتهای ریاضی است» ، « در صورت امکان، برای دست یابی به سادگی باید تلاش کرد» و اینکه « باید از قلمبه سلمبه گویی و فخرفروشی پرهیز کرد». او نقشه های جاه طلبانه ای برای رساله ي تحقیقی اش داشت. او می خواست موضوعی را پیدا کند که از نظر اهمیت، هم تراز یکی از رساله های مهم سال 1905 اینشتین باشد. عاقبت، وایسکوف مسئله را به او سپرد که به سختی می توان آن را اینشتینی نامید، ولی مسئله ي مهمی بود و آن وحدت بخشیدن به دو مدل موجود در توجیه رفتار هسته ها بود. این کار نظری، برای فیزیکدانی با استعداد گل- مان کاری سرراست و نسبتاً مختصر بود، ولی یک بار دیگر عارضه ي گرفتگی ذهنی نویسنده، گریبانگیر او شد. موعد انجام کار گل- مان در حال اتمام بود و در همان حال اپنهایمر او را برای کار در مؤسسه ي تحقیقات عالی پرینستون پذیرفت که این پذیرش، منوط به اتمام پایان نامه اش بود. این عامل، تبدیل به محرکی شد تا عاقبت گل- مان کار نوشتن را شروع کند و در اوایل سال 1951 کار را در ظرف چند روز به پایان برساند.
در مؤسسه ي تحقیقات عالی، گل- مان با فرانسیس لو (17) هم اتاق شد. لو به سختی مشغول دست و پنجه نرم کردن با مسائل باقی مانده در مبحث الکترودینامیک کوانتومی بود. هر دوی آنها به تازگی مدرک دکتری گرفته بودند، ولی گل- مان بیست و یک ساله بود در حالی که لو به دلیل خدمت در زمان جنگ، کار خود را با تأخیر شروع کرده بود و سی سال داشت. بعدها لو در یک مصاحبه گفت، « این بچه را آوردند در دفتر من نشاندند». ولی لو به زودی دریافت که این «بچه»، بینش پخته ای نسبت به اصول فیزیک دارد که فراتر از حد عادی است. لو و بعدها دیگران، دریافتند گل- مان از این موهبت برخوردار است که می تواند فراتر از جزئیات عاجل یک مسئله نظر افکند و به قول فاینمن با «چشم تحلیل» الگوهای زیربنایی را آشکار سازد.
شیکاگو و شگفتی
اقامت گل- مان در مؤسسه ي پرینستون، سازنده ولی موقتی بود. اپنهایمر تحت تأثیر کار او قرار گرفته بود ولی نمی توانست در هیئت علمی جایی به او بدهد. یکی از دوستان او در MIT به نام ماروین گلدبرگر (18) پای گل- مان را به مؤسسه ي تحقیقات هسته ای انریکو فرمی باز کرد. گلدبرگر در آن زمان، دانشیار دانشگاه شیکاگو بود و بعداً رئیس مؤسسه ي تکنولوژی کالیفرنیا (کالتک) شد. تنها جای خالی که در مؤسسه ي فرمی وجود داشت، پست نازل مربیگری بود، ولی در اوایل دهه ي 1950 هر فیزیکدانی آرزو داشت در مؤسسه ي فرمی کار کند. برای کسی که قبلاً در نیویورک بود، شیکاگو محدودیتهای خودش را داشت. و هوا بسیار ناخوشایند بود ولی حضور فرمی، همه ي این ناملایمات را جبران می کرد. در آن زمان، فرمی بزرگترین فیزیکدان تجربی به حساب می آمد و از بزرگانی نظیر اپنهایمر، رابی (19)، وایسکوف و حتی بته (20) نيز يك سروگردن بالاتر بود.
فرمی عمل گرایی بود که از ریاضیات بیش از حد، اجتناب می کرد. پائولی او را «مهندس کوانتومی» می نامید ولی رهیافت مستقیم، هم در فیزیک نظری و هم در فیزیک تجربی موفقیتهایی برای فرمی به ارمغان آورده بود. سبک کار فرمی با شباهتهایی که به سبک کار وایسکوف داشت، برای گل- مان خوشایند بود. این محیط، همان جایی بود که او نیاز داشت تا بتواند خرمنی غنی از داده ها درو کند. این داده ها از سیکلوترون شیکاگو و دیگر شتاب دهنده های ذرات در برکلی و آزمایشگاه ملّی بروک هیون در لانگ آیلند حاصل می شد.
در آشکارسازهای ذرات، سر و کله ي ذرات ناشناخته ای پیدا می شد که حضورشان را به نحو متمایزی با برجاگذاشتن ردی به شکل حرف V، نشان می دادند. نخست، این ذرات را « ذره ي V» نامیدند و پس از آنکه مسئله ي منشأ آنها جنبه ي معماگونه ای پیدا کرد، نام آنها به «شگفت» تغییر کرد. در اواسط دهه ي 1950، گل- مان دری را به سوی ذرات شگفت، گشود. او این کار را به کمک دو ابزار انجام داد که سالها برای فیزیکدانان کوانتومی، ارزشمند بود: یکی مفهوم عدد کوانتومی و دیگری قانون پایستگی. طرح گل- مان به هر ذره ي شگفت یک عدد کوانتومی به نام «شگفتی» نسبت می دهد و سپس این اصل را از فیزیک کوانتومی می گیرد که این عدد کوانتومی در برهم کنشهای قوی، تغییر نمی کند. یعنی پایسته است. معهذا در برهم کنشهای ضعیف، این عدد می تواند تغییر کند. ( به یاد آورید که برهم کنشهای قوی، بین پروتونها و نوترونها در هسته ي اتم و نیز درون نوترونها و پروتونها در بین ذرات سازنده ي آنها صورت می پذیرند. گل- مان، بعداً ذرات تشکیل دهنده ي پروتونها و نوترونها را «کوارک» (21) نامید).
فیزیکدانان ذرات، همه ي ذراتی نظیر پروتون و نوترون را که در معرض برهم کنشهای قوی هستند، «هادرون» (22) نامیده اند. در یک طبقه بندی بعدی، هادرونها به دو گروه تقسیم می شوند. یکی «بار یونها» (23) که جرم نسبتاً زیادی دارند و دیگری «مزونها» (24) که جرم متوسطی دارند. نوع دیگری از ذرات که «لپتون» (25) نامیده می شوند، شامل سبکترین ذرات یعنی الکترونها و نوترینوهاست.
هنگامی که یک باریکه ي پرانرژی از مزونها که «پیون» نام دارد وارد یک اتاقک پر از هیدروژن مایع می شود، واکنشی صورت می گیرد که به وسیله ي آن می توان قوانین شگفتی گل- مان را نشان داد. پیونها با پروتونها، یا همان هسته های هیدروژن واکنش انجام می دهند و در نتیجه، دو ذره ي شگفت تولید می شود:
(1)
که در این واکنش، پروتون، پیونی است که بار الکتریکی منفی دارد ( پیون دو خواهر و دارد که اولی خنثی و دومی دارای بار مثبت است)، و هر دو ذرات شگفت خنثی هستند که اولی باریون و دومی مزون است. وقتی فشار داخل اتاقک هیدروژن مایع، ناگهان افت می کند، ذرات باردار عبور کننده از اتاقک، با برجا گذاشتن ردی از حباب، حضور خود را نشان می دهند. این وسیله ي آشکارساز « اتاقک حباب» (26) نام دارد. گفته می شود که ایده ي این اختراع هنگامی به مخترع آن، دونالدگلیزر (27) الهام شد که وی غرق در افکار خود به حبابهای بالارونده در یک بطری ماءالشعیر خیره شده بود. اتاقک حباب، جانشین اتاقک ابر ویلسون (28) شد.
ردهای اتاقک حباب که در شکل 1 دیده می شوند، داستان واکنش ذرات را که در بالا گفته شد باز می گویند و طرح شگفتی گل-مان را در عمل نشان می دهند. تفسیری از این عکس در شکل 2 ارئه شده که تمام ردهای زائد در آن حذف شده اند. نخست به خمیدگی بسیاری از ردها توجه کنید. این خمیدگی به وسیله ي یک میدان مغناطیسی قوی که عمود بر اتاقک حباب اعمال شده، پدید آمده است. ( معادلات ماکسول به ما می گویند که هر جریان الکتریکی در میدان مغناطیسی، مسیری خمیده را دنبال می کند). میزان این خمیدگی را می توان دقیقاً اندازه گرفت. این خمیدگی، بار و جرم ذره ای که رد را برجا گذاشته، بر ما آشکار می کند.
بار منفی در یک اتاقک حباب پر از هیدروژن را نشان می دهد.
در سمت چپ شکل 2 یک پیون پرانرژی نشان داده شده که وارد اتاقک حباب می شود و به یک پروتون ( هسته ي اتم هیدروژن) برخورد می کند. در نتیجه، واکنش (1) صورت می گیرد و ذرات و تولید می شوند. هر دوی این ذرات از نظر الکتریکی خنثی هستند، بنابراین در اتاقک حباب هیچ ردی برجا نمی گذارند. ولی سپس طبق روابط زیر وامی پاشند ( متلاشی می شوند) و در نتیجه پیون باردار و پروتون پدید می آیند.
[2]
و
[3]
قواعد گل- مان، عدد کوانتومی شگفتی S را به طریق زیر، تعیین می کند: برای ذرات غیرشگفت ( P، +πو‾π که در مثال آورده شدند)، برای و برای . پس عدد کوانتومی شگفتی کل برای سمت چپ واکنش [1] عبارت است از و مقدار کل برای سمت راست نیز همان است: . بنابراین چنانکه طرح گل- مان برای یک برهم کنش قوی ایجاب می کند، شگفتی در واکنش پایسته است.
از سوی دیگر، واکنشهای [2] و [3] مستلزم تغییر در عدد کوانتومی شگفتی هستند. این مقدار در واکنش [2] از 1+ به 0 و در واکنش [3] از 1- به 0 تغییر می کند. چنین تغییراتی در شگفتی نشان می دهد که این واکنشها از نوع برهم کنشهای قوی ( و الکترومغناطیسی) نیستند و باید از نوع برهم کنشهای ضعیف باشند. طول یک رد برجا مانده در اتاقک حباب، چه عملاً دیده شود یا به نحو دیگری به وجود آن پی برده شود، معیاری از « طول عمر» یک ذره، قبل از «مرگ» آن در نتیجه ي واکنش بعدی است. مسیرهایی که ذرات و در شکل 2 طی کرده اند نشان می دهد که آنها ذراتی با طول عمر نسبتاً زیاد هستند که در نتیجه ي برهم کنشهای ضعیف دستخوش واپاشی می شوند. طول عمر این ذرات در واقع زیاد نیست و نوعاً از مرتبه ي ثانیه است ولی اگر این ذرات در نتیجه ي برهم کنشهای قوی وامی پاشیدند طول عمر آنها به اندازه ي چندین مرتبه بزرگی، کمتر می بود. اگر واپاشی و طبق الگوی برهم کنش قوی صورت می گرفت، هیچ دلیل مستقیمی بر وجود این ذرات در اتاقک حباب نداشتیم.
$ اسپین و ایزواسپین
ذرات ماده به وسیله ي جرم، بار الکتریکی نحوه ي حرکت و ویژگیهای گوناگون دیگری مانند پاریته (29) شناخته می شوند. حرکت یک ذره می تواند آن را از جایی به جای دیگر ببرد، نظیر آنچه در مسیر ردهای برجا مانده در اتاقک حباب دیده می شود. همچنین حرکت می تواند نوعی اسپین به ذره بدهد. واژه ي «اسپین» نامی خام برای نوعی ویژگی است که عملاً فقط در قلمرو کوانتومی وجود دارد. فاینمن پیشنهاد می کند که برای تأکید بر ماهیت انتزاعی اسپین ذره، به جای اسپین، آن را « کوانت اسپین» (30) بنامیم. اسپین چیزی شبیه به چرخش بک توپ گلف یا بیسبال نیست. از یک لحاظ الکترونها، نوترینوها و کوارکها حرکت اسپینی دارند، گرچه به لحاظ نظری اندازه ي آنها قابل اندازه گیری نیست: آنها نقطه اند ولی حرکت اسپینی دارند.
دیگر ویژگی عجیب اسپین آن است که این ذرات، مانند همه ي ذرات بنیادی ماده فقط دو مد یا حالت اسپینی دارند. در اصطلاح کوانتوم مکانیکی گفته می شود که اسپین الکترونها، نوترینوها و کوارکها، و دو حالت اسپینی آنها، اعداد کوانتومی و دارند. برای منظور ما همین قدر کفایت می کند که این دو حالت اسپینی را صرفاً ساعتگرد و پادساعتگرد تعبیر کنیم.
همه ي ذراتی که اسپین دارند «فرمیون» (31) نامیده می شوند. دلیل این نامگذاری آن است که رفتار آماری این ذرات، برای اولین بار به وسیله ي فرمی و چندی پس از آن به وسیله ي دیراک بیان شد. قاعده ي آماری که به وسیله ي پائولی نیز توضیح داده شد آن است که هیچ دو فرمیونی نمی توانند در یک حالت کوانتومی یکسان قرار گیرند. این قاعده ي بسیار مهم، ساختار پوسته ي الکترونی اتمها و پیوندهای الکترونی بین اتمها در مولکولها را تعیین می کند. این قاعده، گل- مان و محققان دیگر را به بعضی جنبه های اساسی نظریه ي کوارک رهنمون شد. ذراتی که بنیادی نیستند نیز می توانند دو، یا بیشتر از دو حالت اسپینی داشته باشند. برای مثال، ذره ای با اسپین ، چهار حالت اسپینی دارد که اعداد کوانتومی آنها عبارتند از ، ،   و . توجه کنید که دستورالعمل پیدا کردن این حالتها آن است که فقط حالتهایی مجازند که اعداد کوانتومی آنها یک واحد با هم فاصله داشته باشند. این ذره و هر ذره ي دیگری که اسپین نیم- درست ( مثل ، و غیره) داشته باشد نیز یک فرمیون محسوب می شود.
فوتونها هم ذرات بنیادی اند و اسپین دارند. رفتار آنها نشان می دهد که اسپین آنها 1 است و بنابراین سه حالت مجاز اسپینی دارند که اعداد کوانتومی آنها عبارتند از 1-، 0 و 1+. درست برخلاف فرمیونها، هر تعداد از فوتونها می توانند در یک حالت کوانتومی، قرار گیرند. این طرح را ساتیندرانات بوز (32) کشف کرد و اینشتین آن را بسط داد. فوتونها و همه ي ذرات دیگری که اسپین درست (1، 2، 3و ....) دارند، خواه بنیادی باشند یا نه، «بوزون» (33) نامیده می شوند.
در اوایل پیدایش فیزیک ذرات (1932)، هایزنبرگ مفهوم اسپین را گامی به سمت انتزاعی شدن پیش برد. به عنوان مدلی، برای ساختار هسته ي اتم، او فرض کرد که ذرات تشکیل دهنده ي هسته، نوترونها و پروتونها هستند و نیز فرض کرد که این ذرات در درجه ي اول تحت تأثیر نیروهای قوی هسته ای هستند و تأثیر نیروهای الکتریکی بر آنها (بین پروتونهای با بار مثبت) بسیار ضعیفتر است. او با توجه به اینکه تأثیر بار الکتریکی در هسته، نسبتاً کم اهمیت است و نیز با توجه به اینکه جرم پروتون و نوترون تقریباً یکسان است و این دو ذره می توانند به یکدیگر تبدیل شوند، این نظریه را مطرح کرد که نوترون و پروتون حالتهای مختلف موجودی واحدند که «نوکلئون» (34) نامیده می شود. دو حالت مختلف نوکلئونها، هایزنبرگ را به یاد دو حالت مختلف اسپینی فرمیونها با اسپین انداخت. از این رو، او مفهوم «ایزواسپین» (35) را مطرح کرد: نوکلئون ایزواسپین دارد (نظیر اسپین الکترون) و دو حالت ایزواسپینی با اعداد کوانتومی   و   دارد که به صورت پروتون و نوترون مشاهده می شوند ( نظیر دو حالت اسپینی الکترون با همان اعداد کوانتومی   و ). انگیزه ي هایزنبرگ در این کار، مطلقاً جنبه ي ریاضی آن بود: او هیچ گونه حرکت چرخشی واقعی را تصور نمی کرد. ولی مفهوم ایزواسپین گرچه انتزاعی است، ولی اگر بسط باید و با قواعد شگفتی گل- مان ترکیب شود، آنچه را که نظریه پردازان می خواهند بدانند، نشان خواهد داد، یعنی تقارنهای زیربنایی نوکلئون و خویشاوندان هادرونی اش.
در اینجا، چند نامگذاری را که به آنها نیاز داریم، ذکر می کنیم. عدد کوانتومی ایزواسپین را با I و حالتهای مختلف ایزواسپین را با نمایش می دهیم. ( پانویس 3، نمادی قراردادی است که برای بیان حالتهای ایزواسپین به کار می رود، جزئیات ریاضی مربوط به این نماد، برای بحث ما اهمیتی ندارد). به این ترتیب، برای نوکلئون =I و برای حالتهای «دوتایی» ایزواسپین آن- یعنی نوترون و پروتون ـ و . پیون (یک مزون) با ایزواسپین 1=I است و حالتهای «سه تایی» ایزواسپین آن با 1+، 0، مشخص می شود. در ادامه به هادرون می رسیم. ایزواسپین آن و حالتهای چهارتایی ایزواسپین آن عبارتند ازذره ي شگفت Λ که قبلاً از آن نام بردیم، تنهاست و ایزواسپین آن صفر است، و «یک تایی» حالت ایزواسپین آن است. اینها همه مثالهایی از «چندتایی»های هادرونی هستند. با توجه به مثالها، درمی یابیم که اگر ایزواسپین یک هادرون، I باشد چندتایی ایزواسپین آن 1+I2 عضو دارد.
$ درسهای بیشتری درباره ي تقارن
عمیقترین و قابل اعتمادترین اصول فیزیک، از تقارنهای طبیعت نشأت می گیرند. تقارنها بر قوانین پایستگی دلالت می کنند و برعکس. تشخیص تقارن سرنخهای مهمی نیز در ارتباط با ساختار، در اختیار نظریه پرداز می گذارد. برای مثال، اگر بتوانیم تقارن یک مولکول را با استفاده از روشهای تجربی (مثلاً طیف نگاری) تعیین کنیم، احتمالاً خواهیم توانست شکل مولکول و آرایش اتمهای آن را استنتاج کنیم. هر دو استراتژی کاملاً مستقل از نظریه های دینامیکی کار بردی اند. نظریه های دینامیکی می آیند و می روند ولی هرگونه تقارنی که مبانی تجربی مستحکمی داشته باشد، پابرجا خواهد ماند.
گل- مان یکی از اولین و موفق ترین نظریه پردازانی بود که برای حل مسئله ي دشوار ساختار هادرونی، راه استفاده از تقارن را در پیش گرفت. او مانند نظریه پردازان قبل از خودش، می دانست که چندتایی های ایزواسپینی به منزله ي اثر انگشت یا به بیان ریاضی «نماینده هایی» از یک نوع تقارن اند که «گروه تقارن» (2)SU نامیده می شود. نماد SU حرف اول عبارت special unitary به معنای «یکانی خاص» است و تضمین می کند که بعضی لازمه های مکانیک کوانتومی برآورده شوند. عدد 2 در پرانتز نشان می دهد که ساده ترین چندتایی ایزواسپینی، یک دوتایی دو عضوی شامل نوترون و پروتون است. گل- مان و همکاران نظریه پردازش به شواهد به دست آمده برای تقارن (2)SU در میان هادرونها که در آن زمان به وفور کشف می شدند، توجه داشتند و در این اندیشه بودند که شاید این داده ها بتوانند تقارنهایی از مرتبه ي بالاتر را آشکار کنند. آنها برای یافتن سرنخهایی از ساختار هاردونها باید همه ي طرحهای تقارنی نویافته را بررسی می کردند. این مسابقه ای نخست برای کشف تقارنهای پنهان و سپس استنتاج ساختارهای هادرونی بود.
$ کالتک و راه هشت گانه
همزمان با تعمق درباره ي داده های طیف نگاری هادرون، گل- مان در حال بریدن از شیوه ي زندگی ای بود که به طور فزاینده ای برایش ناخوشایند می شد. از طریق یک دوست مشترک به نام گوئن گرووز (36) ( دختر ژنرال لسلی گرووز، مدیر پروژه ي مانهاتان)، با یک خانم جوان انگلیسی به نام مارگارت داو (37) آشنا شد. این آشنایی در پرینستون و طی دومین دوره ي کاری او در مؤسسه ي مطالعات عالی، صورت گرفت. خانم داو دستیار یک باستان شناس مؤسسه بود و زمینه ي خانوادگی او شبیه گل- مان بود؛ هنگامي كه پدر او در كارش با شكست مواجه شده بود، دوران سختي را گذرانده بود. گل ـ مان نیز مثل او به باستان شناسی علاقه داشت ( اگر پدر گل- مان او را منع نمی کرد، شاید او هم یک باستان شناس می شد) و مارگارت هم در علاقه ي گل- مان به پرنده شناسی همراه شد. آنها حتی به یک گروه اکتشافی برای یافتن پرنده ای به نام پافین (38) پیوستند و به جزیره ي دور افتاده ای در ساحل شرقی اسکاتلند رفتند. در این سفر توانستند تنها یک پافین بگیرند و همین پرنده زندگی آنها را عوض کرد.
گل- مان در نوامبر 1954 به مارگارت داو پیشنهاد ازدواج داد، او پذیرفت و آنها در بهار سال 1955 ازدواج کردند. در این موقع، فرمی درگذشته بود و گل- مان که دوباره در مؤسسه ي تحقیقات عالی در پرینستون کار می کرد، تصمیم گرفت که به شیکاگو باز نگردد. موقعیتهای دیگری نیز برای او پیش آمد. جولیان شوینگر (39) از پذیرش او در هاروارد پشتیبانی کرد. فاینمن او را به کالتک دعوت کرد و او پذیرفت. در ابتدا مارگارت مشتاق رفتن به پاسادنا و یا جاهای دیگر در جنوب کالیفرنیا نبود ولی به نظر او، ازدواج مهمتر از دردسرهای زندگی در کالیفرنیا بود. مارگارت خود را با محیط وفق داد و این برای گل- مان، هدیه ي بی نهایت گرانبهایی بود. جانسون می نویسد « مارگارت.... زندگی او را عوض کرد. گل- مان شروع به درک این واقعیت کرد که چه قدر کم به کسی غیر از خودش می اندیشیده است. او می گفت که قبل از آشنایی با مارگارت مثل 'یک ماشین حساب خراب ' یا مثل ' اتمی بوده که نیروهای ذی شعوری دائماً او را این طرف و آن طرف می زدند ' اما حالا احساس می کند که کسی شده است».
در اوایل دهه ي 1960، گل- مان شروع به حل معماهای داده های هادرونی کرده بود. یکی از موفقیتهای او در جستجو برای تقارنهای بالاتر، کشف یک گروه بندی از چندتایی های ایزواسپینی بود که نکات مهمی را آشکار کرد. او نمودار ساده ای از بار یونهای شناخته شده ای تهیه کرد که اسپین (نه ایزواسپین) و پاریته ي بخصوصی داشتند. مختصات نموداری که او رسم کرد، چناکه در شکل 3 دیده می شود عبارتند از شگفتی S و حالت ایزواسپینی . باریونهایی که در این نمودار آورده شده اند عبارتند از نوکلئونها و سه ذره که با نمادهای و مشخص می شوند. دوتایی نوکلئونی (n برای نوترون و p برای پروتون) در ردیف پایینی نمودار قرار داده شده است. در ردیف میانی، یک تایی و سه تایی شامل ، و قرار گرفته اند. ( و هر دو در نقطه ای با مختصات و جای گرفته اند). در ردیف بالایی نمودار، دوتایی شامل و قرار دارند. نقشه ي شکل 3 گروهی شامل هشت باریون است و یک «هشت تایی» نامیده می شود. این گروه به یک معنا، یک چندتایی از نوع چندتایی های ایزواسپینی است، اما به دلیل تفاوت جرم ذرات، دقیقاً چنین نیست. گل- مان نقشه ي مشابهی از یک هشت تایی مزونی نیز تهیه کرد.
آمده اند. هر نماد در نمودار، نماینده ي یک نقطه است. مثلاً n در نقطه ای به مختصات و قرار دارد.
گل- مان از هشت تایی ها فراتر رفت و گروه بندی بزرگتری شامل ده باریون در نظر گرفت که «ده تایی» نام دارند. ساختار یک «ده تایی» در شکل 4 نشان داده شده است. ده تایی شامل یک چهارتایی از ها با شگفتی یک سه تایی از ها ( جنس این ذرات با ها در هشت تایی فرق دارد و از این رو با نماد ستاره ي اضافی مشخص شده اند) با ، یک دوتایی از ها (که با ها در هشت تایی فرق دارند) با ، و در بالای نمودار یک تایی از ذره ي با قرار دارد. در اوایل دهه ي 1960 وقتی گل- مان، این ده تایی را مجسم کرد، فقط چهارتایی آنها ( ها) کشف شده بودند. علیرغم این کمبود در نمودار ده تایی، گل- مان یافته های خود را در سال 1961 منتشر کرد. او عمداً بر هشت تایی ها تأکید ورزید و طرح خود را «راه هشت گانه» (40) نامید.
چندتایی هایی مثل هشت تایی و ده تایی در طرح گل- مان نقش اساسی دارند چون نمودهایی از یک نوع تقارن اند که گروه تقارن (3)SU نامیده می شود و از گروه تقارن (2)SU در نظریه ي ایزواسپین، بالاتر است. اگر داده های هادرونی بیشتری، تقارن (3)SU را تأیید می کرد، این تقارن نه تنها می توانست کلیدی برای رده بندی هادرونها باشد بلکه می توانست به منزله ي سرنخ مهمی در جستجوی ساختار هادرونها مورد استفاده قرار گیرد.
رهیافت گل- مان در منظم کردن داده های هادرونی، شبیه طرح پیشنهادی دمیتری ایوانوویچ مندلیف (41) در اواخر دهه ي 1860 برای فهرست کردن عناصر بود. جدول مندلیف، مانند جدولهای گل- مان، جاهای خالی داشت که باید عناصری در آنها قرار می گرفتند ولی در آن موقع چنین عناصری هنوز شناخته نشده بودند. این جاهای خالی الهام بخش کشف تعداد قابل ملاحظه ای از عناصر جدید شد.
طرح ده تایی گل- مان موجب شد تا جستجوهای مشابهی برای یافتن باریونهای گمشده، انجام گیرد. همه ي آنها به موقع کشف شدند مگر ذره ي که در رأس ده تایی قرار دارد و شگفتی آن است. دسترسی به این ذره، به خاطر جرم فوق العاده بزرگ آن، مشکل است به این دلیل که برای پدید آوردن این ذره در شتاب دهنده باید انرژی بسیار زیادی صرف شود. در سال 1964 نیکولاس سامیوس (42) و رابرت پالمر (43) در آزمایشگاه ملی بروک هیون (44)، تلاش جانانه ای را برای گیرانداختن ذره ي ، آغاز کردند. برای این کار، بیش از نود و هفت هزار عکس از ردهای اتاقک حباب گرفتند که بیش از یک میلیون فوت فیلم صرف آن شد. ولی عاقبت وقتی آزمایشگران توانستند عکس مورد نظرشان را بگیرند، نتیجه واقعاً زیبا از کار درآمد. آن عکس نه تنها تولید ذره ي ناپایدار ، بله توالی رویدادهای پس از آن را نشان می داد که به دستگاهی از ذرات پایدار منتهی می شد. از ردّ ذرات نهایی می توانستند به جرم ذره ي پی ببرند. جرم آن برحسب یکای انرژی، 121682 بود ( به معنای میلیون الکترون- ولت است). گل- مان انرژی این ذره را 1685 پیش بینی کرده بود. به این ترتیب، وجود تقارن (3)SU به اثبات رسید.
$ سه طعم کوارک ها
در همان زمان که آزمایشگران در پی ذره ي و خویشاوندان آن بودند، گل- مان با اطمینان خاطر مشغول جستجوی معنی تقارن هادرونی (3)SU بود. معمای اصلی عدد 3 در (3)SU بود. اگر این عدد معنی فیزیکی داشت، این معنی چه می توانست باشد؟ در ریاضی نمایش سه تایی برای تقارن (3)SU وجود داشت ولی گل- مان نمی توانست هیچ نوع تناظر فیزیکی مستقیمی برای این تقارن در بین داده های هادرونی بیابد. تقارن ایزواسپینی (2)SU دوتایی نوکلئون دو عضو (نوترون+ پروتون) را داشت ولی جستجوی گل- مان در بین داده ها برای یافتن یک نظير سه تایی برای (3)SU، بی فایده بود.
اما بهتر آن بود که تقارن سه تایی جزء ذاتی ساختار هادرونها باشد. گل- مان شروع به ارزیابی این نظر کرد که شاید نوترونها و پروتونها و همه ي باریونهای دیگر، از سه ذره ي بنیادی درست شده باشند که بر سه نوع اند یا به قول گل- مان سه «طعم» دارند. او نخست این ذرات را «کی ورک» (45) نامید. سپس سطری در کتاب جیمز جویس (46) به نام بیدار شدن فینیگانها (47) نظر او را جلب کرد که عبارت بود از « سه کوارک برای ماستر مارک» (48). از آن به بعد او این ذرات را «کوارک» نامید که اکنون نیز به همین نام معروفند. (فیزیکدانان ذرات عادت دارند که در نامگذاری ذرات شیطنت کنند. گل- مان ادعا می کند که نام کوارک « فقط یک جور خوشمزگی بود.... واکنشی بود به کاربرد نامهای پر طمطراق»).
مدل گل- مان، مسائلی داشت. مهمترین آنها مسئله ي بار الکتریکی بود. از قرار معلوم، کوارکها حامل بار الکتریکی بودند ولی چگونه امکان داشت که مجموع بار سه کوارک برابر بار واحد پروتون یا بار صفر نوترون شود؟ تنها را ه خروج از این بن بست آن بود که برای کوارکها خاصیتی در نظر بگیریم که هیچ وقت در طبیعت دیده نشده است یعنی کسرهایی از بار واحد پرتون. اگر بنا بود چنین نظریه ای جدی گرفته شود باید بتواند توضیح دهد که چرا کوارکهایی که بار کسری دارند طوری محکم در ماده به هم چسبیده اند که هرگز در آزمایشگاه خود را نشان نمی دهند.
یکی دیگر از ویژگیهای عجیب مدل گل- مان این بود که یکی از سه نوع کوارک، جرمی بسیار متفاوت با دو نوع دیگر داشت. این ویژگی به زیبایی مدل آسیب می زد به این ترتیب که تقارن سه تایی را ناقص می کرد. فیزیکدانان می گویند این تقارن «شکسته» شده است ولی نه آن قدر بد که علامت مشخصه های تقارن (3)SU یعنی هشت تایی ها و ده تایی ها را نتوان در نمودارهای گل- مان به وضوح دید.
گل- مان کوارکهایش را «بالا» ، «پایین» و «شگفت» یا به اختصار u، d و s نامید. کوارکهای u و d جرم تقریباً یکسانی دارند ولی کوارک s حدوداً چهل درصد از آن دو سنگینتر است. کوارک u بار الکتریکی کسری دارد ( برحسب یکای بار پروتون)، کوارک d بار و کوارک s نیز بار دارد. ( بار مختلف کوارکها فقط به میزان اندکی، تقارن سه تایی را بر هم می زند چون وقتی کوارکها درون یک هادرون مقید هستند، برهم کنشهای الکتریکی در مقایسه با برهم کنشهای قوی، بسیار ناچیزند).
در نظریه ي گل- مان، پروتون از دو كوارك u و يك كوارك d، يا به اختصار uud ساخته مي شود. بار كلي اين مجموعه   است و اين همان مقداري است كه بايد باشد. ساختار كواركي نوترون uud است و بار الكتريكي كلي آن، همان طور كه انتظار مي رود   است. كوارك s چنانكه از نامش پيداست، فقط در ذرات شگفت يافت مي شود و عدد شگفتي آن 1- است در حالي كه شگفتي كواركهاي u و d، صفر است. اعضاي سه تايي شگفت يعني به ترتيب ساختار كواركي dds ، uds و uus دارند و بار الكتريكي كل آنها به ترتيب عبارت است از . ذره ي معروف حاوي سه كوارك s است كه هر يك شگفتي 1- دارند و بار الكتريكي كل آن، است.
در نظريه ي گل – مان، مزونها هم ساختار کوارکی دارند ولی ساختار آنها با ساختار باریونها، تفاوت اساسی دارد. مزونها همیشه از دو کوارک تشکیل می شوند که یکی از آنها کوارک عادی و دیگری پادکوارک است. یک کوارک و یک پادکوارک بارهای الکتریکی مخالف و نیز شگفتی های مخالف دارند. پس مثلاً کوارک d و پادکوارک d که به صورت d نوشته می شود، به ترتیب بار دارند. کوارک s و پادکوارک نظیر آن، s به ترتیب بار و شگفتی 1- و 1+ دارند.
مثالی از مزونها، سه تایی مزون ، و است. ساختار کوارکی آنها به ترتیب ، و و بار آنها به ترتیب 1-= - - ، = + - و 1= + است. شگفتی آنها به ترتیب 1-، 1+ و 1+ است. به عنوان یک قاعده ي کلی در فیزیک ذرات، ذره و پادذره هیچ گاه نمی توانند در مجاورت یکدیگر قرار گیرند چون نتیجه نابودی هر دوی آنهاست. یک شاهد مثال برای این قاعده، آن است که مزونها که از یک کوارک و یک پادکوارک تشکیل شده اند، همواره ناپایدارند.
مدل کوارکی گل- مان به هیچ عنوان یک موفقیت آنی نبود. گل- مان بعدها این گونه به یاد آورد « از کوارکها چنان استقبال شد که گویی بادکنک سربی هستند». بار کسری کوارکها و مقید ماندن همیشگی آنها در درون هادرونها، به ویژه از مسائلی بودند که پذیرش آنها را برای فیزیکدانان نظری بسیار دشوار می ساخت. خود گل- مان هم نسبت به درستی نظریه شک داشت. او چنین به یاد می آورد « حتی اندیشیدم که فکر وجود ذرات ]غیرقابل مشاهده[ با بار کسری، فکر عجیب و غریبی است». همکار او شلدون گلاشو(49) به شوخی می گفت « چون کوارکها همیشه درون باریونها گیر افتاده اند، حتی با آچار کوارک هم نمی شود یکی از آنها را بیرون کشید». گل- مان برای طفره رفتن از این نواقص می گفت که این ذرات وجود ریاضی دارند ولی واقعی نیستند. چون گل- مان مطمئن بود که داوران و ویراستاران مجله ي فیزیکال ریویو (50) مقاله ي او درباره ي کوارکها را رد خواهند کرد، این مقاله را برای مجله ي فیزیکس لترز (51) فرستاد که در چاپ مطالب، آزادتر عمل می کرد و در CERN، مرکز تحقیقات هسته ای اروپا، منتشر می شد. این مقاله با عنوان « مدلی کلی از باریونها و مزونها» در سال 1964، درست یک روز پس از گزارش کشف ذره ي منتشر شد.
$ سه رنگ کوارکها
گل- مان عقیده داشت که برای درجه بندی فیزیکدانان باید دو برابر ایده های غلطی که منتشر کرده اند را از ایده های درست آنها کم کرد. وقتی از اولین مقاله اش درباره ي کوارک را منتشر کرد، هنوز نگران آن بود که مبادا این مقاله باعث آبروریزی شود. محتوای مقاله با اصل طرد پاولی تضادی آشکار داشت، اصلی آماری که نظریه پردازان به مدت بیش از چهل سال به آن متکی بودند. کوارکها مانند الکترونها اسپین دارند و این یعنی آنها فرمیون محسوب می شوند و باید از اصل طرد پائولی پیروی کنند. این اصل می گوید که هیچ گاه دو فرمیون یا بیشتر در یک حالت کوانتومی نمی توانند در مجاورت یکدیگر قرار گیرند. ولی برای مثال ذره ي از سه ذره ي كوارك s تشكيل شده كه در نزديكي يكديگر به صورت مقيد قرار گرفته اند و بعضي اوقات تقريباً در يك حالت كوانتومي قرار دارند.
هيچ چيز براي نظريه پردازان نامطبوعتر از اين نيست كه اصلي را كه چند دهه به خوبي به آنها خدمت كرده، رها كنند؛ فقط معدودي مايل بودند تا اصل پاولي را كنار بگذارند. براي بعضي ديگر، نظريه ي كوارك چندان اهميتي نداشت. اما راه ديگري نيز وجود داشت. اگر به كواركها، ويژگي كوانتومي ديگري نيز نسبت داده مي شد كه براي سه كواركي كه ذره ي را تشکیل می دادند، فرق می کرد، غنای نظریه بیشتر می شد. چنین نظریه ای را اولین بار مو-یونگ هان (52) و یوئی چیرو نامبو (53) پیشنهاد کردند. فکر آنها این بود که کوارکها خاصیتی مشابه بار الکتریکی دارند و آن را «رنگ» نامیدند ( باز هم شیطنت فیزیکدانها). بار الکتریکی بر دو نوع است، مثبت و منفی؛ هان و نامبو فرض کردند که کوارکها سه نوع بار مختلف و مستقل دارند. این فکر مورد قبول فیزیکدانان دیگر، از جمله گل- مان قرار گرفت و گل- مان این سه نوع بار رنگی را با قرمز، سفید و آبی مشخص کرد. فیزیکدانان دیگر ( که شاید به این نکته توجه داشتند که سفید یک رنگ خالص نیست)، سه رنگ مشخص کننده ي کوارکها را به سه رنگ اصلی قرمز، سبز و آبی تغییر دادند. پس به زبان عجیب نظریه ي کوارک می توان گفت که سه طعم مختلف کوارک u، d و s ( و چنانکه بعداً خواهیم دید طعم های دیگر) می توانند رنگهای قرمز، سبز و آبی داشته باشند.
وقتی گل- مان در سال 1969 آنچه را که « جایزه ي سوئدی» می نامید دریافت کرد، نظریه ي کوارک هنوز آن قدر کم اهمیت بود که در تقدیرنامه ي جایزه ي نوبل چیزی درباره ي آن گفته نشد. گل- مان به خاطر « مشارکت در طبقه بندی و کشف ذرات بنیادی و برهم کنشهای آنها» مفتخر به دریافت جایزه ي نوبل شد. سخنگویی که گل- مان را برای انجام سخنرانی جایزه ي نوبل به حضار معرفی می کرد، تنها به «ارزش بزرگ اکتشافی» مفهوم کوارک اشاره کرد. گل- مان مایل نبود جلوتر از این برود. او فقط می توانست بگوید « کوارک تا اینجا فقط یک مفهوم ذهنی بوده، یک مفهوم مفید، ولی کوارک واقعی شاید اصلاً وجود خارجی نداشته باشد». این پرسش که کوارک وجود دارد یا نه، «بی اهمیت» بود.
$ کوارکهای گرفتار
در همان موقع که گل- مان جایزه ي نوبل را دریافت می کرد، شواهد تجربی چشمگیری برای نظریه ي کوارک نمایان می شد. در اواخر دهه ي 1960 آزمایشهایی در مرکز شتاب دهنده ي خطی استانفورد (54) انجام می شد که در آنها پروتونها به وسیله ي باریکه هایی از الکترونهای پرانرژی بمباران می شدند و این آزمایشها وجود ذرات باردار سخت و نقطه گونه ای را در درون پروتونها آشکار ساختند. فاینمن این ذرات را «پارتون» (55) نامید و متذکر شد که این ذرات به رغم مقید بودن در درون پروتون به نظر می رسد که آزادانه حرکت می کنند.
گل- مان معتقد بود که پارتونهای فاینمن اضافی اند و این ذرات باید کوارک نامیده می شدند. گل- مان در مصاحبه ای با رابرت کریس (56) و چارلزمان (57) مؤلفان کتاب خلقت دوم که تاریخچه ای از فیزیک ذرات است چنین گفت « اینکه بگوییم این ذرات، کوارک و پادکوارک نیستند بلکه ذرات جدیدی با یک اسم من درآوردی اند، توهین به تمامی نظریه ای است که ما پدید آورده ایم».
کوارک/پارتونها موجودات عجیبی اند. آنها نمی توانند از حصارهای درونی خود بگریزند معهذا به نظر نمی رسد که درون این قفس، تأثیری بر یکدیگر داشته باشند، از گفتن اینکه وضع در قلمرو هادرونها بدین گونه است تا ساختن نظریه ي دینامیکی برای توضیح رفتار آنها، راه درازی باید پیمود. کلید حل این معما، رنگ بود. گل- مان به کریس و مان گفت: « ما به تدریج دریافتیم که این متغیر ]رنگ[ می تواند هر کاری را برایمان انجام دهد. رنگ، آمار را تثبیت کرد و این کار را بدون درگیر کردن ما با ذرات عجیب جدید انجام داد. سپس دریافتیم که رنگ می تواند دینامیک را نیز تثبیت کند».
«تثبیت» دینامیکی به معنای میدان کوانتومی جدیدی بود که منشأ آن، بار رنگی کوارک است، درست شبیه میدان الکترومغناطیسی که منشأ آن بار الکتریکی است. کوانتومهای این میدان جدید، نظیر فوتونها در میدان الکترومغناطیسی، حاملان نیروی قوی هستند که کوارکها را در کنار هم نگه می دارند و «گلوئون» (58) نامیده می شوند. هشت نوع گلوئون وجود دارد ] باز هم یک هشت تایی؛ تقارن (3)SU باز هم خودنمایی می کند[ و به هر یک از آنها رنگی هم نسبت داده می شود.
یکی ازکارهای پایانی بر روی دینامیک رنگی يا آن گونه که گل- مان بعداً نامید، کرومودینامیک کوانتومی (QCD)، در سال 1973 انجام شد. در آن سال، سه نظریه پرداز به نامهای دیوید پولیترز (59)، فرانک ویلچک (60) و دیوید گراس (61) نشان دادند که میدان قوی، آنچه را که لازمه ي نظریه است انجام می دهد یعنی کوارکهای آزاد را در درون قفس هادرونی شان محبوس نگه می دارد. برای این منظور، میدان باید نیرویی غیرعادی به وجود آورد، نیرویی که مقدار آن با افزایش فاصله، افزایش یابد. عملکرد نیروهای شناخته شده، خلاف این است یعنی مقدارآنها با افزایش فاصله، کاهش می یابد. مثالهایی از این نیروها، نیروهای گرانشی و الکتریکی اند که هر دوی آنها به شکل اند و فاصله ي دو جسمی است که بر یکدیگر نیرو وارد می کنند. عملکرد نیرویی که در کرومودینامیک کوانتومی خودنمایی می کند، مانند یک کش لاستیکی است. اگر دو جسم که با یک کش لاستیکی به هم بسته شده اند از یکدیگر دور شوند، کش سفت می شود، کش می آید و آن دو جسم را به سمت یکدیگر می کشاند. وقتی آن دو به یکدیگر نزدیک شدند، کش شل می شود و دو جسم آزاد و رها می شوند.
خاصیت مقید بودن، فیزیکدانان را به درک کامل نیروی قوی امیدوار کرد. به دلایلی که ذکر آنها در اینجا اهمیت ندارد، نظریه پردازان این ویژگی را «آزدی مجانبی» می نامند. چنانکه کریس و مان اشاره می کنند « آزادی مجانبی مانند کنار رفتن پرده و آشکار شدن یک صحنه ي پنهان بود که برهم کنش قوی را در همه ي ابعادش آشکار ساخت». قبل از گل- مان خیلی از فیزیکدانان، اجزای این صحنه را به تصویر در آورده بودند. ولی گل- مان از همه ي آنها به تجسّم کل صحنه نزدیکتر شد ولی هیچ یک از آنان تا آن موقع زیبایی بی نقص موجود در دریافت طبیعت را کاملاً درک نکرده بود.
$ نسلهای کوارکها
سه طعم کوارک کافی نبود. با افزایش انرژی باریکه در شتاب دهنده ها، ذرات با عمر کوتاه در آشکارسازهای پیشرفته تر بیشتر می شد. به این ترتیب، ذرات کم عمری به وسیله ي آشکارسازها ظاهر شدند که سه کوارک شناخته شده ي u، d و s برای توضیح ساختمان آنها کفایت نمی کردند. رد اولین نوع از این ذرات به طور غیرمنتظره و همزمان در دو آزمایشگاه مستقل از هم که روشهای کاملاً متفاوتی را به کار می بردند، آشکار شد. یک تیم، به سرپرستی ساموئل تینگ (62) در آزمایشگاه ملی بروک هیون ذره ای یافت که آن را J نام نهاد و گروهی دیگر در مرکز شتاب دهنده ي خطی استانفورد به سرپرستی برتون ریشتر (63) آشکار شدن ذره ای را گزارش کردند که همان جرم را داشت و آن را نام نهادند. هر دوي اين گزارشها معتبر بودند و هيچ كدام نيز سابقه نداشتند. بنابراين ذره ي جديد نام گرفت. این ذره، سنگین و جرم آن سه برابر جرم پروتون بود. طول عمر آن، برای ذره ای با این جرم (و انرژی) زیاد، به طور شگفت انگیزی زیاد بود. مدلی بر مبنای کرومودینامیک کوانتومی و نیز وجود کوارک نوع چهارم، تصویر خوبی از به دست داد. کوارک نوع چهارم «افسون» (64) یا c نامیده شد. مزون و ساختار کوارکی آن به صورت است ( پادکوارک افسون است). موفقیت کرومودینامیک کوانتومی در مورد ذره ي تأثیر مهمی در ورود مفهوم کوارک به جریان اصلی علم فیزیک داشت.
با کشف چهارمین کوارک، طرحی از خانواده ها یا نسلهای کوارکی نمایان شد. دو کوارک u و d که از همه سبکترند از نسل اول و کوارکهای s و c که مشخصاً سنگین ترند از نسل دوم کوارکها هستند. در اواخر دهه ي 1970 با کشف ذره ي آپسیلون (65)، Y، که مزون است، طرح مذکور گسترش یافت. کشف این ذره، ایجاب می کرد که کوارک پنجمی هم وجود داشته باشد. این کوارک از انواع قبلی باز هم سنگین تر بود و به نسل سوم کوارکها تعلق داشت و به دلیلی نه چندان مشخص، کوارک «ته» (66) یا b نام گرفت.
چون کوارک پنجم وجود داشت، واضح بود که باید کوارک ششمی هم باشد تا سومین نسل کوارکها، تکمیل شود. در اواسط دهه ي 1990 دو طرح عظیم ( که به طور دوستانه نتایج کار یکدیگر را وارسی می کردند) در شتاب دهنده ي ملی آزمایشگاه فرمی در باتاویا (67) در ایالت ایلینویز انجام گرفت تا شواهدی بر وجود ذره ي خواهر کوارک ته بیابند. البته واضح بود که این ذره «سر» (68) یا t نامیده خواهد شد. این دو طرح در حدود یک هزار فیزیکدان و ارتشی از تکنیسینها را به خدمت گرفتند. از بین چند تریلیون رویداد انجام گرفته در یکی از آشکارسازها، دوازده رویداد به عنوان تولید زوج سر-پادسر در نظر گرفته شدند. این یک کار عظیم علمی روز بود که با تمام نیرو انجام می شد. رادرفورد اگر این پروژه را می دید حتماً وحشت زده می شد.
سه نسل از کوارکها، عناصر سازنده ي مورد نیاز نظریه پردازان را به مقدار کافی در اختیار آنها می گذارد تا بتوانند ساختار همه ي باریونها و مزونهای شناخته شده را توضیح دهند. طبق نظریه ي متداول میدان کوانتومی، سومین دسته از ذرات که لپتون (69) نام دارند، فاقد ساختار هستند (آنها نقطه ای اند): نظریه ي کوارک برای این دسته از ذرات حرفی برای گفتن ندارد. معهذا به نظر می رسد که آنها نیز سه خانواده یا نسل داشته باشند.
نسل اول لپتونها شامل الکترون e، هم منفی و هم مثبت ( که پوزیترون نام دارد) و نوترینو، ، است. چون نوترینو انواع مختلفی دارد، نوترینوی وابسته به الکترون را با نشان می دهند. ذره ي موئون، دیرزمانی اسباب سرگیجه ي فیزیکدانان شده بود. ( ایزیدور رابی نق می زد که « این دیگر از کجا پیدایش شد؟») عاقبت، این ذره به عنوان یک ذره ي سنگین نظیر الکترون شناخته شد. موئون می تواند بار الکتریکی مثبت یا منفی داشته باشد و جرم آن حدوداً دویست برابر جرم الکترون است. در نظر گرفتن موئون به عنوان نظیر الکترون، ایجاب می کند که یک نوترینوی وابسته به میون نیز وجود داشته باشد. آزمایش عظیمی که به وسیله ي فیزیکدانان دانشگاه کلمبیا در اوایل دهه ي 1960 در بروک هیون انجام شد، شواهدی بر وجود این نوترینوی نسل دوم به دست داد.
در دهه ي 1970، آزمایشهایی برای یافتن نسل سوم لپتونها صورت گرفت. ذره ای مشابه الکترون به طور غیرمنتظره در شتاب دهنده ي خطی استانفورد کشف شد که (تاو) نام گرفت. ذره ي تاو مانند الکترون و موئون می تواند بار مثبت یا منفی داشته باشد و جرم آن سه هزار و پانصد برابر جرم الکترون است. وقتی لپتون کشف شد، وجود نوترینوی وابسته به آن یعنی نیز پذیرفته شد. این ذره، اخیراً مشاهده شده است.
فهرست زیر خلاصه ای از سه نسل لپتونها و کوارکها را ارائه می کند:
نسل اول:
کوارکهای d و u
لپتونهای e و
نسل دوم:
کوارکهای s و c
لپتونهای و
نسل سوم:
کوارکهای b و t
لپتونهای و
به یاد داشته باشید که به ازای هر یک از این ذرات، یک پاد ذره ي متناظر وجود دارد.
آیا نسل چهارمی از کوارکها و لپتونها وجود دارد؟ برای پاسخ به این پرسش، دو آزمایش پیچیده و هوشمندانه در اواخر دهه ي 1980 در شتاب دهنده ي خطی استانفورد و در مرکز تحقیقات هسته ای اروپا، CERN صورت گرفت و پاسخ منفی بود. این آزمایشها به طور غیرمستقیم نشان دادند که نوع چهارمی از نوترینو وجود ندارد. از اینجا نظریه پردازان نتیجه گرفتند که اگر نسل چهارمی از نوترینوها وجود ندارد، پس نسل چهارمی از کوارکها و وابسته های الکترون نیز وجود ندارد. به این ترتیب، این فهرست پایان پذیرفته تلقی شد.
$ رقابت
مسیر نظری که گل- مان در دهه های 1950 و 1960 برای دست یابی به اکتشاف بزرگش پیمود، راهی پر رهرو بود. بدون نام بردن از بعضی کسانی که در این راه به عنوان رقیب نزدیک، همسفر گل- مان بوده اند، این داستان کامل نخواهد شد.
نظریه پرداز ژاپنی کازوهیکو نیشی جیما (70) در این اندیشه با گل- مان سهیم بود که ذرات شگفت باید دارای یک عدد کوانتومی جدید باشند. یووال نه ئیمان (71)، سرهنگ ارتش اسرائیل و یک فیزیکدان آماتور، در کشف اصول تقارن نهفته در راه هشت گانه، سهیم بود. نه ئیمان وقتی که در لندن به عنوان وابسته ي نظامی خدمت می کرد، در ایمپریال کالج لندن در رشته ي فیزیک تحصیل کرده بود. استاد او، عبدالسلام بود که برای کارش در نظریه ي میدان الکتروضعیف مشهور است. او در ابتدا به فکر نه ئیمان در مورد تقارن (3)SU علاقه ای نشان نداد، ولی وقتی فهمید که گل- مان نیز در همین خط فعالیت می کند، نظرش را عوض کرد.
جورج تسوایگ (72) در کشف مفهوم کوارک با گل- مان سهیم بود. او یکی از دانشجویان پژوهشگر گل- مان بود و نظریه ي خود را در سفری به CERN و مستقل از گل- مان پدید آورده بود. تسوایگ ذرات زیر هادرونی خود را «آس» می نامید. در نامگذاریهای او، باریونها که شامل سه آس هستند، «سه لو» (73) و مزونها که شامل دو آس هستند، «دولو» (74) نامیده می شوند. تسوایگ نظریه ي خود را با جزئیاتش بنا کرد با این شرط که ممکن است آسها چیزی بیش از « ابزارهای یادآورنده ي خیلی پیچیده» نباشند. معهذا از نظر او « این احتمال وجود داشت که مدل از آنچه تصور می رفت تقریب نزدیکتری از طبیعت باشد و آسهای دارای بار کسری به وفور یافت شوند».
تسوایگ مایل بود تا بخت خود را در جای دیگری نیز بیازماید. انتظار می رفت که او مقاله ي خود را به مجله ي CERN یعنی فیزیکال لترز بدهد. در عوض او تصمیم گرفت تا مقاله را به مجله ي وزین فیزیکال ریویو بدهد که قویاً آن را رد کردند. گل- مان مسنتر و عاقلتر بود و انتظار آن را داشت که فیزیکال ریویو به مفاهیم عجیبی مثل ذره ي بنیادی قابل مشاهده ای که بار کسری دارد، واکنش منفی نشان دهد و از این رو، اولین مقاله اش درباره ي کوارک را در مجله ي فیزیکال لترز منتشر کرد. نظریه ي تسوایگ فقط به صورت یک گزارش در CERN منتشر شد ولی مقاله و مؤلف آن تا حدودی اعتبار کسب کردند. وقتی تسوایگ به دنبال شغلی در یک دانشگاه بزرگ بود، رئیس بخش مربوطه، او را «شارلاتان» نامید.
$ کوارکها و جاگوارها
مورای گل- مان را نمی توان به سادگی درک کرد. شخصیت او وجوه بسیاری دارد، بعضی خوب، بعضی بد و بعضی گیج کننده. همه ي کسانی که او را می شناسند، قبول دارند که او یک نابغه ي فیزیک نظری است و مطرح کردن افکارش با استفاده از واژگانی غنی، استعداد عجیبی دارد. همچنین، علایق گوناگون و اغلب مرموزی دارد. زندگینامه نویس او فهرست این علایق را چنین برمی شمارد؛ تاریخ باستان، باستان شناسی، زبان شناسی، بوم شناسی حیات وحش، پرنده شناسی، سکّه شناسی و آشپزی فرانسوی و چینی. او سالها در کالتک، فعالیتهای میان رشته ای انجام می داد که تأثیر چندانی نداشت. در اواسط دهه ي 1980 به چند نفر از همکارانش که با او همفکر بودند ملحق شد و طرح مؤسسه ای را در سانتافه (75) ریختند که به « مطالعات مختلط» اختصاص داشت. این کار به آن معنی بود که گل- مان موضوع کار خود را از ساده به مشکل تغییر داده است. مؤسسه ي سانتافه در سال 1987 تأسیس شد. ریاست این مؤسسه به عهده ي جورج کانوی (76) گذاشته شد که قبلاً در لوس آلاموس مدیر تحقیقات بود و گل- مان مدیریت هیأت علمی مؤسسه را برعهده گرفت.
گل-مان بیش از هر فیزیکدانی در این کتاب، در سطوح بالای دولتی مشغول خدمت بوده است. او در سالهای دهه ي 1960 به گروه مشاورینی پیوست که وابسته به مؤسسه ي تحلیل مسائل دفاعی بود. اعضای این گروه خود را «جیسون» (77) می نامیدند. گروه به مسائل سیاست دفاعی می پرداخت، مسائلی نظیر دستگاه دفاع ضد موشکی بالستیک و آشکارسازی انفجارهای هسته ای. آنها گروهی از نخبگان بودند مشتمل بر هانس بته، ادوارد تلر، جان ویلر، یوجین ویگنر و فریمن دایسون. گل- مان در هیأت مشاوران علمی ریچارد نیکسون (78) نیز خدمت کرده و اگر کندی ترور نمی شد، ممکن بود مشاور علمی رابرت کندی بشود. گل- مان در خارج از حوزه ي فیزیک نیز مناصب معتبری داشته است که از آن جمله می توان انتصاب او در هیأت مدیره ي مؤسسه های اسمیتسونین (79) و بنیاد مک آرتور (80) را نام برد.
گل- مان سابقه ي کار رشک برانگیزی در کمیته های مختلف دارد که از قضا در آنها با دیگر اعضای کمیته ها، عدم توافق جدی نداشته است، معهذا او عادت داشت که همکارانش، به ویژه آنهایی را که با او رقابت داشتند، بکوبد یا از دور خارج کند. سوژه ي مورد علاقه ي او برای این منظور، ریچارد فاینمن بود که البته فاینمن هم این رفتار را متقابلاً تلافی می کرد. دفترهای آن دو در کالتک در نزدیکی هم قرار داشت و منشی مشترکی هم داشتند. ارتباط آن دو در ابتدای کار، همکاری سازنده و مطلوبی بود. هر دوی آنها به یک طرف مشورت نیاز داشتند تا بتوانند فکرهای جدید را محک بزنند. گل- مان می نویسد « وقتی ما با هم درباره ي فیزیک بحث می کردیم، در بین محاسبات ریاضی، تبادل افکار و شوخی های احمقانه می کردیم که به جر و بحثهای داغی منجر می شد و این نشاط آورد بود». آنها این مباحثات را « پیچاندن دم کیهان» می نامیدند.
شخصیتهای فاینمن و گل- مان مثل ذره و پادذره، مخالف یکدیگر بود. وقتی آن دو به هم می رسیدند اگر نگوییم پرتو گاما ایجاد می شد، باید گفت آتش بازی به راه می افتاد. فاینمن هم مثل گل- مان در هنر چزاندن دیگران استاد بود. پس از یک مکالمه که در آن گل- مان دانش زبان شناسی خود را به رخ کشید و فاینمن با او موافق نبود، آخر سر فاینمن گفت: « مورای، صد سال دیگه هیچکی یادش نمی مونه که اسم تو خط فاصله داشت یا نه». گل- مان دوست داشت کتابهای مونولوگی فاینمن را « کتابهای شوخی دیک» بنامد. در مجموعه مقالاتی که در یادبود فاینمن با نام بیشتر چیزهای خوب منتشر شد، گل- مان خاطر نشان کرد « از یکی از رفتارهای معروف فاینمن خوشم نمی آمد. دور و بر خودش هاله ای اسطوره ای پدید آورده بود و وقت و انرژی زیادی صرف می کرد تا درباره ي خودش لطیفه درست کند. بعضی اوقات، این کار به تلاش چندانی هم نیاز نداشت».
گل- مان دو ازدواج موفق داشته است. در اواخر دهه ي 1970، همسر اولش مارگارت به سرطان روده مبتلا شد و قبل از آنکه بیماری او تشخیص داده شود و دوره ي درمانی آغاز گردد، سرطان به کبدش سرایت کرد. او در سال 1981 درگذشت و تلاشهای دردناکی که برای درمان سرطان کبد او صورت گرفت، بیهوده بود. این واقعه برای گل- مان ضایعه ي جبران ناپذیری بود. مارگارت یکی از تکیه گاههای او در زندگی بود.
در همان موقع، گل- مان به عنوان یک پدر نیز در وضعیت دردناکی قرار داشت. دخترش لیزا که در کودکی، وظیفه شناس و نمونه بود گرایش تندی به گروههای سیاسی جناح چپ پیدا کرده بود. مرد جوانی که از یک خانواده ي ثروتمند نیویورکی بود، او را ترغیب کرده بود تا عضو یک گروه انقلابی به نام سازمان مرکزی مارکسیست- لنینیستهای ایالات متحده، بشود. قهرمان آنها جوزف استالین و ایده آل سیاسی آنها نظام دیکتاتوری انور خوجه (81) در آلبانی بود. گل- مان فقط گاهگاهی لیزا را می دید و تلاشهای او برای تغییر دادن مسیر علایق لیزا به جایی نرسید. چند سال بعد رابطه ي او با پسرش نیک، نیز تیره شد. این جدایی ها برای مدت یک دهه، گل- مان را آزار می داد.
گل- مان به نسبت یک دانشمند، زندگی پرخرجی داشت. او در سانتافه، آسپن و پاسادنا، خانه داشت. جانسون می نویسد « خانه ي او در سانتافه، مثل موزه بود. او کلکسیونهایی از ظروف سفالی بومی آمریکا، آثار هنری آفریقا، کتابهای نایاب و سلاحهای قدیمی داشت. کلکسیون سلاحهای قدیمی او شامل یک زوبین اسکیمویی، یک گرز متعلق به شمال آفریقا، یک پرتابگر فوتی با دارتهای سمّی، یک خنجر سوماترایی و یک شمشیر چینی مخصوص گردن زدن بود. خانه ي او در پاسادنا، تیره و باابهت بود و سردر ورودی آن به یک مؤسسه می ماند. به نظر خیلی از کسانی که به آنجا می آمدند، بیشتر شبیه یک موزه بود تا خانه. مکانی که مورای کلکسیون فزاینده ي عتیقه هایش را در آن نگه می داشت». علاوه بر اینها، مورای خودروهای پرزرق و برق می پسندید. او بخشی از جایزه ي نوبل خود را برای خرید یک ماشین جاگوار سدان خرج کرد.
گل- مان یک سخنران ماهر و بلیغ و شخصی خوش رو و خوش بیان است. معهذا به دلایلی که شاید به سخت گیریهای پدرش مربوط شود، همیشه از نوعی ناتوانی در نوشتن رنج می برد. او نمی توانست پایان نامه ي خود در ییل را تمام کند. تز دکتری او در MIT حدوداً با شش ماه تأخیر ارائه شد. او در هنگام دریافت جایزه ي نوبل سخنانی ایراد کرد، ولی تحویل نسخه ي مکتوب آن سخنرانی را که باید در نشریه ي معروف Leprixnobel (جایزه ي نوبل) منتشر می شد دائماً پشت گوش می انداخت. ویراستار نشریه به مدت شش ماه برای او پیامهای یادآوری می فرستاد و او هم به خاطر تأخیر عذرخواهی می کرد، معهذا عاقبت نتوانست متن را به موقع ارسال کند.
وقتی از او درخواست می شد تا مقاله ای برای مجله ای ارسال کند، باز هم وضع او به همین منوال بود. مثلاً به ویراستار یک جشن نامه این گونه پاسخ داد: « متأسفانه هنگامی که من برای ارسال مقاله به چنین نشریاتی قول می دهم، تقریباً هیچ گاه به قولم عمل نمی کنم. بنابراین یاد گرفته ام که در وهله ي اول چنین قولی ندهم و متأسفم که باید درخواست شما را رد کنم». حتی نوشتن توصیه نامه هم برای او مشکل بود. به یکی از دانشجویان قدیمش گفت « متأسفانه نوشتن نامه برای من خیلی مشکل است و توصیه نامه ي کتبی برای کسی نمی نویسم. ولی اگر توصیه ي شفاهی خواستید می توانید بگویید با من تماس بگیرند».
وقتی گل- مان تصمیم گرفت کتابی برای همگان بنویسد، تعلل او در نوشتن به اعلاء درجه بروز کرد. او از موفقیت فاینمن و هاوکینگ که هر دوی آنها کتابهای پرفروش منتشر کرده بودند، اطلاع داشت. جان براکمن (82) که یک کارگزار اسم و رسم دار در امور نشر بود، مشتاقانه از این طرح استقبال کرد و البته او هم موفقیت فاینمن و هاوکینگ را در نظر داشت. او یک نویسنده ي علمی معروف را استخدام کرد تا با همکاری گل- مان یک طرح پیشنهادی برای کتاب آماده کنند. شرکت Bantam Books، ناشر کتاب تاریخچه ي زمان هاوکینگ برای خرید حق چاپ کتاب در ایالات متحده و کانادا، مبلغ پانصد و پنجاه هزار دلار پیشنهاد کرد که بنا بود 25 درصد این مبلغ، پیشاپیش به گل- مان پرداخت شود. براکمن از ناشران خارجی نیز پیشنهاد پیش پرداختهای سنگینی دریافت کرد. معاملات براکمن، پرسودترین معاملاتی اند که در ارتباط با کتابهای علمی عامه فهم انجام شده اند. طرح پیشنهادی کتاب در اواخر سال 1990 آماده شد و متن آن باید تا ماه ژوئن سال 1992 آماده می شد. عنوان کتاب، کوارک و جاگوار (83) بود. این کتاب می خواست خواننده را از طرحهای ساده طبیعت به طرحهای پیچیده برساند. کوارک، تمثیلی از طبیعت در ساده ترین سطح آن بود و جاگورا (84)، استعاره زیبای گل- مان برای پیچیدگی طبیعت بود.
برای گل- مان زمان مناسبی نبود که روی کار پرزحمت و شاق نوشتن تمرکز کند. در تابستان سال 1991، او و مارسیا ساوت ویک (85) نامزد شده و برای ماه ژوئن سال 1992 قرار ازدواج گذاشته بودند. این زمان، مصادف با پایان مهلت تحویل متن کتاب به ناشر بود. ساوت ویک، شاعره ای است که با گل- مان در آسپن آشنا شده بود. او گاهی در گردهم آیی نویسندگان در آسپن سخنرانی می کند.
ازدواج آن دو، موفقیت آمیز ولی طرح کتاب موفقیتی به همراه نداشت. کمک دو نفر ویراستار و راهنماییهای ساوت ویک هم نتوانست آن را نجات دهد. ناشر (Bantam)، متن را نپذیرفت و گل- مان مجبور شد مبلغ پیش پرداخت را پس بدهد. پس از آن، ناشر کوچکتری به نام W.H.Freeman پیشقدم شد و طرح را با یک دهم مبلغ پیشنهادی اولیه ي Bantam، در اختیار گرفت. کمک ویرایشی بیشتری به آن ارائه شد. این کمک شامل بازنگری متن به وسیله ي نویسنده ای به نام کورمک مک کارتی (86) بود. عاقبت، کوارک و جاگوار در سال 1994 منتشر شد. گل- مان در پیشگفتار کتاب متذکر شد که « هرگز در زندگی تا به این حد سخت بر روی چیزی کار نکرده بودم». این کتاب برای ناشر، برگردان مالی خوبی داشت و امید است که برای مؤلف نیز، داشته باشد.
گل- مان هنوز هم در سانتافه زندگی می کند. مثل همیشه، از کوههای بلند، صحراها و دره های عمیق نیومکزیکو لذت می برد. و هنوز هم خیلی سفر می کند تا زیبایی و گوناگونی طبیعت را ببیند. ( تعداد گونه های پرندگانی را که او دیده به عدد شگفت آور چهار هزار گونه بالغ می شود). ازدواج دوم او موفقیت آمیز بوده و با دختر و پسرش، نیک و لیزا، آشتی کرده است. آنچه او اکنون انجام می دهد، کاری است که بزرگان علم در کهنسالی از نظر هوشی به ندرت انجام می دهند: او درصدد آن است که از حداکثر حدود مطالعات علمی اش پا را فراتر گذارد. او یک بار به مخاطبی در سخنرانی اش گفت: « برای من دو چیز از هم جدا نشدنی اند، عشق به زیبایی طبیعت و آرزوی اکتشاف بیشتر تقارن و ظرافت قانونهای طبیعت».

پي‌نوشت‌ها:

1.Murray Gell – Mann
2. Strangeness
3. Manhattan
4. Arthur Gell – Mann
5. Isidore Gellmann
6. George Johnson
7. Pauline
8. Florence Freint
9. Columbia Grammar school
10. yale
11. lvy league
12. white Anglo-Saxon Protestant
13. heinrich Schliemann
14. henry margenau
15. victor weisskopf
16. viki
17. francis low
18. marvin Goldberger
19. rabi
20. hans bethe
21. quark
22. hadron
23. baryon
24. meson
25. lepton
26. bubble chamber
27. Donald glaser
28. Wilson
29. parity
30. quantspin
31. fermion
32. satyendranath bose
33. boson
34. nucleon
35. lsospin
36. gwen groves
37. Margaret dow
38. puffin
39. Julian Schwinger
40. eightfold way
41. Dmitry lvanovich Mendeleev
42. Nicholas samios
43. Robert palmer
44. brookhaven
45. kwork
46. james joyce
47. finngegans wake
48. muster mark
49. Sheldon Glashow
50. physical review
51. physics letters
52. moo-young han
53. yoichiro nambu
54. Stanford
55. parton
56. Robert crease
57. Charles mann
58. gluon
59. david politzer
60. frank wilczek
61. david gross
62. Samuel ting
63. burton richter
64. charm
65. upsilon
66. bottom
67. Batavia
68. top
69. lepton
70. kazuhiko nishijima
71. yuval ne'eman
72. George zweig
73. treys
74. deuces
75. santa fe
76. George Conway
77. Jason
78. Richard Nixon
79. kennedy
80. Smithsonian institute
81. macarthur foundation
82. enver hoxha
83. john brockman
84. jaguar : حیوانی از خانواده ي گربه سانان و شبیه پلنگ. م.
85. Marcia southwick
86. cormac mcCarthy

منبع مقاله :
كروپر، ويليام هـ، (1389)، فيزيكدانان بزرگ از گاليله تا هاوكينگ، احمد خواجه نصير طوسي ـ سهيل خواجه نصير طوسي، تهران، مؤسسه ي فرهنگي فاطمي، چاپ اول 1389.