פרופ' ג'יימס ד. ביורקן, James D. Bjorken

פרופ' ג'יימס ד. ביורקן, James D. Bjorken זוכה פרס וולף בפיזיקה - 2015
פרופ' ג'יימס ד. ביורקן, James D. Bjorken

פרס וולף בפיזיקה מוענק השנה לשני חוקרים אשר תרמו תרומות יסודיות להבנת מבנה היקום בסקלות הקטנות והגדולות ביותר: ג'יימס ביורקן מאוניברסיטת סטנפורד, ארה"ב, על ניבוי תופעת ה-scaling בפיזור אי-אלסטי עמוק, אשר הביא לזיהוי מרכיבים נקודתיים בתוך הפרוטון. רוברט קירשנר מאוניברסיטת הרווארד, ארה"ב - על פריצת הדרך אל חקר היקום בעזרת כוכבי סופרנובה, על בסיס התצפיות והתובנות שלו

הכוח החזק מאפשר את קיומם של הפרוטונים והנויטרונים והוא זה שמחזיק אותם יחד בתוך גרעיני האטומים. הוא גם האחראי ליותר מ-99% מן המסה של האטומים. ביורקן תרם תרומה מכרעת להבנת טבעו של הכוח החזק. ב-1967 ביורקן ניבא שאלקטרונים שיואצו לאנרגיה גבוהה בתוך מאיץ ולאחר מכן יתנגשו בחוזקה בפרוטונים יתנהגו כאילו הם באו במגע עם חלקיקים טעונים ונקודתיים  הנעים בתוך הפרוטון  באופן חופשי כמעט. תופעה זו כונתה scaling. בשעתו היה זה רעיון רדיקלי אשר נגד ניגוד גמור את האינטואיציה המקובלת דאז. אף על פי כן, ניסויים אשר נערכו ב-1968/69 במאיץ הקווי בסטנפורד שבקליפורניה סיפקו אישור דרמטי לניבוי של ביורקן. לראשי הניסויים, ג'רומי פרידמן, ריצ'ארד קנדל וריצ'ארד טיילור הוענק פרס נובל לפיזיקה לשנת 1990, עבור ההוכחה ניסיונית לקיומם של הקווארקים,  המהווים את המרכיבים הנקודתיים של הפרוטון.

בעקבות האישור הניסיוני של scaling החלו התיאורטיקאים לתור אחרי תורה קוונטית יסודית אשר מסבירה את התופעה. ב-1973 גילו דייויד גרוס, פרנק ווילצ'ק ודיוויד פוליצר שתורה המכונה כרומו-דינמיקה קוונטית (Quantum Chromodynamics – QCD) היא בעלת התכונה הנדרשת, כלומר היא מנבאת שהכוח בין הקוורקים הולך וקטן כשהם מתקרבים זה אל זה, כך שבמרחקים קצרים הם מתנהגים כאילו היו חופשיים. תכונה זו מכונה "חופש אסימפטוטי" (asymptotic freedom). ב-2004 הוענק לגרוס, ווילצ'ק ופוליצר פרס נובל לפיזיקה על תגליתם. ניסויים מקיפים אישרו ש-QCD היא אכן התורה היסודית המתארת את הכוח החזק.

ההשקפה המקובלת היום היא שכל הכוחות היסודיים בטבע, אולי למעט כוח הכובד, מתוארים על-ידי תורות שהמבנה המתמטי שלהם דומה ל-QCD. תורות אלה מכונות תורות כיול לא-אבליות.

במובן זה, במבט לאחור ה-scaling של ביורקן לא רק הביא לגילוי הניסיוני של הקוורקים, אלא אף הצביע  על הדרך לעבר המבנה המתמטי המתאר את כל הכוחות היסודיים.