Хидеки Юкава - повелителят на мезоните

Хидеки Юкава (1907-1981) е първият японски физик-теоретик, носител на Нобелова награда по физика (1949 г.)  за теорията с която предсказва съществуването на нови елементарни  частици, сега известни като мезони.

Юкава е роден в Токио на 23 януари 1907 година. Като студент по физика той проявява силен интерес към теорията на относителността и квантовата механика. След самообучение по немски език, той прочита в оригинал научните трудове на немския физик - теоретик Макс Планк. От този момент нататък, Юкава се посвещава на теоретичната физика и конкретно на теорията на елементарните частици.

През 1935 г., Юкава публикувана своята научна разработка "За взаимодействието на елементарни частици". Тя съдържат серия от уравнения, които прогнозират съществуването на мезоните. Теорията на Юкава привлича вниманието на физиците в международен план. Както всички учени изследващи атома по това време, така и Юкава е озадачен от факта, че ядрото е стабилна структура. Положително заредените протони в него би трябвало да се отблъскват.

Юкава теоретизира, че протоните и неутроните в ядрото се привличат помежду си чрез обмен на мезони, т.е. ядрените сили, отговорни за стабилността на ядрото, имат обменен характер. През 1947 г. теорията е доказана напълно след като британския физик Сесил Франк Пауъл и колегите му откриват пи - мезоните.

Мезон идва от гръцката дума мезос, която означава среден. Мезоните получават това име, защото са първите елементарни частици по - тежки от електрона, но по-леки от протона. Въпреки това, по-късно физиците откриват, че повечето мезони са по-тежки от протона.

Класифицирането на елементарните частици се основава на техния вътрешен строеж, като остава първоначалното наименованието според масата. Електроните и няколко други субатомни частици образуват групата на лептоните – т.е. леки елементарни частици, които нямат вътрешен строеж. Протоните и неутроните са тежки съставни частици, принадлежащи на семейството на барионите. Мезоните и барионите (общо име адрони) са съставени от елементарни частици, наречени кварки.

Мезонът е нестабилна частица заради състава си. Състои се от един кварк и един антикварк. Антикварк е частица от антиматерия. Античастицата има същата маса (вещество), като съответната му частица, но притежава противоположен заряд. При среща на частица материя и нейната античастица, те анихилират т.е. взаимно се унищожат. Мезони се различават по вида на кварките и антикварките от които са изградени. Най-лекият мезон е пи - мезонът, известен също като пион, който съществуват в три разновидности, с електрически заряди +е , -е и 0. Мезони се раждат, когато стабилни частици, например протони, се сблъскват при високи скорости. Сблъсъкът преобразува част от кинетичната енергия на частиците в един кварк и антикварк.

Такива сблъсъци се наблюдават често, когато космическите лъчи  удрят частиците в земната атмосфера. Мезони се произведат също в съвременните ускорители на елементарни частици.

А. Айнщайн, Х. Юкава и Дж. Уилър

През 1955 г. , Юкава стана един от 11 видни учени, които поставят своите имена по документ, наречен манифест Ръсел – Айнщайн,  написан от Алберт Айнщайн и британски философ и математик Бертран Ръсел. Манифестът Ръсел - Айнщайн призова учените от целия свят, без значение какви са техните политически убеждения, да се срещнат и да обсъдят заплахата за цивилизацията, породена от ядрените оръжия. Както е известно, в края на Втората световна война (1945 г.), САЩ пускат първите атомни бомби над японските градове Хирошима и Нагасаки. В един миг са убити стотици хиляди мирни граждани. През 1952 г., е тествана първата водородна бомба на атола Бикини в Тихия океан. Светът по това време живее в  страх от  разрушителната сила на тези оръжия и дългосрочните последици от ядрена радиация. Юкава участва активно в международни конференции, на които учените обсъждат ядреното разоръжаване.

Семейство Юкава в компанията на Н. Бор и Р. Опенхаймер

За своята научна и обществена дейност Юкава получава широко международно признание. Той става чуждестранен член на Американската академия на науките, на Американската физическо дружество, на Кралското общество в Лондон и на Руската академия на науките. Юкава получава почетни докторски степени от няколко университета. Той е носител на златния медал «М. В. Ломоносов» на Руската академия на науките, както и на Ордена за заслуги на Федерална република Германия през 1964 година. Юкава умира през 1981 г. в Киото.