В мире существует несколько категорий учёных; учёные второго или третьего ранга делают всё возможное, но никогда не заходят очень далеко. Затем идут учёные первого ранга, те, кто делает важные открытия, фундаментальные для научного прогресса. Но потом есть гении, такие как Galilei и Newton. Majorana был одним из них. Ettore Majorana был итальянским теоретическим физиком, работавшим над массами нейтрино. 25 марта 1938 года он исчез при загадочных обстоятельствах, отправляясь кораблём из Палермо в Неаполь. Уравнение Majorana и фермионы Majorana названы в его честь. В 2006 году в его память была учреждена премия Majorana.
Жизнь и работа
Одарённость в математике
Majorana родился в Катании, Сицилия. Математически одарённый, он был очень молод, когда присоединился к команде Enrico Fermi в Риме в качестве одного из «мальчиков Via Panisperna», которые взяли своё имя от адреса улицы своей лаборатории.
Дядя Majorana Quirino Majorana также был физиком.
Он начал своё университетское образование в области инженерии в 1923 году, но перешёл на физику в 1928 году по совету Emilio Segrè.:69–72 Первые работы Majorana касались проблем атомной спектроскопии.
Первые опубликованные научные работы
Первая работа Majorana, опубликованная в 1928 году, была написана, когда он был студентом, и соавтором был Giovanni Gentile, Jr., младший профессор в Институте физики в Риме. Эта работа была ранним количественным применением к атомной спектроскопии статистической модели атомной структуры Fermi, ныне известной как модель Thomas–Fermi, благодаря его современному описанию Llewellyn Thomas.
В этой работе Majorana и Gentile провели расчёты с первых принципов в контексте этой модели, которые дали хорошее описание экспериментально наблюдаемых энергий электронов ядра гадолиния и урана, а также тонкой структуры расщепления линий цезия, наблюдаемых в оптических спектрах. В 1931 году Majorana опубликовал первую работу о явлении автоионизации в атомных спектрах, обозначенном им как «спонтанная ионизация»; независимая работа в том же году, опубликованная Allen Shenstone из Princeton University, обозначила явление как «автоионизацию», имя, впервые использованное Pierre Auger. Это имя с тех пор стало обычным, без дефиса.
Majorana получил степень Laurea в области физики в Университете Rome La Sapienza в 1929 году.
В 1932 году он опубликовал статью в области атомной спектроскопии, касающуюся поведения ориентированных атомов в изменяющихся во времени магнитных полях. Эта проблема, также изучаемая I.I. Rabi и другими, привела к важной подотрасли атомной физики — радиочастотной спектроскопии. В том же году Majorana опубликовал свою работу о релятивистской теории частиц с произвольным собственным импульсом, в которой он разработал и применил бесконечномерные представления группы Лоренца и дал теоретическую основу для спектра масс элементарных частиц. Как и большинство работ Majorana на итальянском языке, она оставалась в относительной безвестности в течение нескольких десятилетий.
Эксперименты в 1932 году Irène Joliot-Curie и Frédéric Joliot показали существование неизвестной частицы, которую они предположили, является гамма-лучом. Majorana был первым, кто правильно истолковал эксперимент как требующий новую частицу, которая имела нейтральный заряд и массу примерно такую же, как у протона; эта частица — нейтрон. Fermi сказал ему написать статью, но Majorana не потрудился. James Chadwick доказал существование нейтрона экспериментально позже в том же году и был награждён Нобелевской премией за это открытие.
Majorana был известен тем, что не искал признания за свои открытия, считая свою работу банальной. Он написал всего девять работ за свою жизнь.
Работа с Heisenberg, болезнь, изоляция
«По настоянию Fermi, Majorana покинул Италию в начале 1933 года по гранту Национального совета по исследованиям. В Лейпциге, Германия, он встретил Werner Heisenberg. В письмах, которые он впоследствии написал Heisenberg, Majorana раскрыл, что он нашёл в нём не только научного коллегу, но и тёплого личного друга.»:71 Нацисты пришли к власти в Германии, когда Majorana приехал туда. Он работал над теорией ядра, опубликованной на немецком языке в 1933 году, которая в своей трактовке обменных сил представляла дальнейшее развитие теории ядра Heisenberg.
Majorana также путешествовал в Copenhagen, где работал с Niels Bohr, ещё одним лауреатом Нобелевской премии, а также другом и наставником Heisenberg.
«Осенью 1933 года Majorana вернулся в Рим в плохом здоровье, развив острый гастрит в Германии и, по-видимому, страдая от нервного истощения. Посаженный на строгую диету, он стал замкнутым и грубым в общении с семьёй. Своей матери, с которой он ранее поддерживал тёплые отношения, он написал из Германии, что не будет сопровождать её в их обычный летний отпуск на море. Появляясь в институте всё реже, он вскоре почти не покидал свой дом; многообещающий молодой физик стал отшельником. В течение почти четырёх лет он изолировал себя от друзей и прекратил публиковать.»:71
Последняя работа
В течение этих лет, когда он опубликовал мало статей, Majorana написал много небольших работ по геофизике, электротехнике, математике и теории относительности. Эти неопубликованные работы, сохранённые в Domus Galileiana в Пизе, недавно были отредактированы Erasmo Recami и Salvatore Esposito.
В 1937 году он стал полным профессором теоретической физики в Университете Naples без необходимости проходить экзамен благодаря его «высокой славе особенного мастерства, достигнутого в области теоретической физики», независимо от правил конкурса.
Последняя опубликованная работа Majorana, в 1937 году, на этот раз на итальянском языке, была разработкой симметричной теории электронов и позитронов.
В 1937 году Majorana предсказал, что в классе частиц, известных как фермионы, должны быть частицы, которые являются их собственными античастицами. Это так называемый фермион Majorana.
Решение уравнения Majorana даёт частицы, которые являются своей собственной античастицей, теперь называемые фермионами Majorana. В апреле 2012 года некоторые из того, что предсказал Majorana, могли быть подтверждены в экспериментах с гибридными устройствами проводник-сверхпроводник. Эти эксперименты потенциально могут привести к лучшему пониманию квантовой механики и могут помочь построить квантовый компьютер. Также высказывались предположения, что по крайней мере часть «недостающей массы» во вселенной, которая не может быть обнаружена, кроме как по выводам её гравитационных влияний, может быть составлена из частиц Majorana.
Работа по массам нейтрино
Majorana выполнил дальновидную теоретическую работу по массам нейтрино, что в настоящее время является активной областью исследований.
Исчезновение в море и предложенные объяснения
Majorana исчез при неизвестных обстоятельствах во время поездки на лодке из Палермо в Неаполь 25 марта 1938 года. Несмотря на несколько расследований, его тело не было найдено и его судьба остаётся неясной. Видимо, он снял все свои деньги со своего банковского счёта перед поездкой в Палермо. Он, возможно, отправился в Палермо в надежде посетить своего друга Emilio Segrè, профессора университета там, но Segrè в то время был в Калифорнии. В день его исчезновения Majorana отправил следующую записку Antonio Carrelli, директору Института физики в Неаполе:
Дорогой Carrelli,
Я принял решение, которое стало неизбежным. В нём нет ни крупицы эгоизма, но я понимаю, какие неприятности вызовет моё внезапное исчезновение для вас и студентов. И за это также я прошу вашего прощения, но особенно за предательство доверия, искренней дружбы и симпатии, которые вы мне оказывали в последние месяцы.
Я прошу вас помнить меня в памяти всех, с кем я научился знакомиться и ценить в вашем Институте, особенно Sciuti: я буду хранить о них всех приятные воспоминания по крайней мере до 11 вечера сегодня, возможно, и позже.
— E. Majorana
За этим вскоре последовала телеграмма, отменяющая его более ранние планы. Он, видимо, купил билет из Палермо в Неаполь и больше его никто не видел.
Было предложено несколько возможных объяснений его исчезновения, включая:
Подробные резюме и расследования
Итальянский писатель Leonardo Sciascia обобщил некоторые результаты этих расследований и эти гипотезы, однако некоторые выводы Sciascia были опровергнуты некоторыми бывшими коллегами Majorana, включая E. Amaldi и E. Segrè.
Recami критически исследует различные гипотезы исчезновения Majorana с различными конкурирующими объяснениями исчезновения Majorana, включая выдвинутые Sciascia, и представляет убедительные доказательства предложения о том, что Majorana отправился в Argentina.
Итальянский философ Giorgio Agamben также недавно опубликовал книгу, которая исследует случай исчезновения Majorana.
Дело возобновлено прокуратурой Рима и закрыто с предполагаемой эмиграцией в Venezuela
В марте 2011 года итальянские СМИ сообщили, что прокуратура Рима объявила о проведении расследования в отношении показаний свидетеля о встрече с Majorana в Buenos Aires в годы после Второй мировой войны. 7 июня 2011 года итальянские СМИ сообщили, что Carabinieri's RIS провели анализ фотографии мужчины, снятой в Argentina в 1955 году, и обнаружили десять точек сходства с лицом Majorana.
4 февраля 2015 года прокуратура Рима выпустила заявление, объявляющее, что Majorana был живым в период между 1955 и 1959 годами, проживая в Valencia, Venezuela. Эти последние находки, основанные на новых доказательствах, заставили Офис объявить дело официально закрытым, не обнаружив уголовных доказательств, связанных с его исчезновением, которое, вероятно, было личным выбором.
Увековечение столетия
Год 2006 отметил столетие Majorana.
Международная конференция на тему «Наследие Ettore Majorana и физика XXI века» была проведена в честь столетия со дня рождения Majorana в Катании, 5–6 октября 2006 года. Материалы конференции со статьями высокоранжированных международных учёных A. Bianconi, D. Brink, N. Cabibbo, R. Casalbuoni, G. Dragoni, S. Esposito, E. Fiorini, M. Inguscio, R. W. Jackiw, L. Maiani, R. Mantegna, E. Migneco, R. Petronzio, B. Preziosi, R. Pucci, E. Recami и Antonino Zichichi были опубликованы POS Proceedings of Science of SISSA, отредактированные Andrea Rapisarda председателем, Paolo Castorina, Francesco Catara, Salvatore Lo Nigro, Emilio Migneco, Francesco Porto и Emanuele Rimini.
Памятная книга его девяти собранных работ, с комментариями и английскими переводами, была опубликована Итальянским физическим обществом в 2006 году.
Также в целях увековечения столетия журнал Electronic Journal of Theoretical Physics] EJTP опубликовал специальный выпуск двадцати статей, посвящённых современному развитию наследия Majorana. Электронный журнал теоретической физики также учредил приз в его память в честь столетия. Медаль Majorana или премия Majorana — это ежегодная награда для исследователей, которые продемонстрировали особую творческость, критическое мышление и математическую строгость в теоретической физике — в самом широком смысле. Получатели премии Majorana 2006 года были Erasmo Recami University of Bergamo and INFN и George Sudarshan University of Texas; премии Majorana 2007 года: Lee Smolin Perimeter Institute for Theoretical Physics, Canada, Eliano Pessa Centro Interdipartimentale di Scienze Cognitive, Università di Pavia and Dipartimento di Psicologia, Università di Pavia Piazza Botta, Italy и Marcello Cini Dipartimento di Fisica, Università La Sapienza, Roma, Italy.
