01
А
Астрономия
02
Б
Биология
03
Г
Гуманитарные науки
04
М
Математика и CS
05
Мд
Медицина
06
Нз
Науки о Земле
07
С
Сельское хозяйство
08
Т
Технические науки
09
Ф
Физика
10
Х
Химия и науки о материалах
Физика
12 июня
Нобелевские лауреаты: Оуэн Чемберлен

Фотография антипротона

Wikimedia Commons

Как студент смог проникнуть в секретный проект и наблюдать первый в истории атомный взрыв, чьей заслугой стала возможность поймать античастицу протона и чем занялся молодой нобелиат после премии, рассказывает наш очередной выпуск рубрики «Как получить Нобелевку».

Описывая путь ученого к Нобелевской премии, поражаешься тому, как разнообразны бывают эти пути. Вот взять премию по физике 1959 года: два лауреата, которые получили премию за открытие, совершенное вместе. Но если Эмилио Сегре шел к своей премии долго, меняя страны, совершая открытия, которые сами по себе стоили еще одной Нобелевки (взять, к примеру, синтез двух элементов периодической системы – впервые в истории), то у его напарника Оуэна Чемберлена едва ли не первая серьезная научная работа удостоилась высшей научной отметки.

Оуэн Чемберлен

Родился 10 июля 1920 года, Сан-Франциско, Калифорния, США

Умер 28 февраля 2006 года, Беркли, Калифорния, США

Нобелевская премия по физике 1959 года (1/2 премии, совместно с Эмилио Сегре). Формулировка Нобелевского комитета: «За открытие антипротона (for their discovery of the antiproton)».

Наш нынешний герой родился в Сан-Франциско, в семье Эдварда Чемберлена, врача и радиолога (тогда в арсенале этой профессии был только рентген) в госпитале Стэнфордского университета, и Женевьевы Лусинды (Оуэн) Чемберлен. Как вы понимаете, имя мальчик получил в честь матери.

Первое реальное знакомство Чемберлена с настоящей физикой произошло, когда он учился в 11-м классе средней школы. Тогда он начал общаться с Ширли Квимби, профессором Колумбийского университета и мужем одной из коллег своего отца. Квимби с удовольствием давал юному Оуэну стимулирующие физические задачи и математические головоломки.

Позже Чемберлен рассказывал об одной из таких задачек. Квимби сказал: «Теперь ты знаешь, что вечного двигателя не существует». Мальчик ответил: «Да». На что Квимби предложил объяснить, почему не работал вечный двигатель очень необычного вида. Придуманная Квимби «машина» состояла из электрона и позитрона, которые набирали энергию, падая в вакуумированную трубу под действием силы тяжести. Когда они добирались до дна трубы, то аннигилировали, теряли массу и некоторую дополнительную кинетическую энергию, которую получили от гравитации, создавали фотон, который отправлялся обратно по вакуумированной трубе и имел достаточно энергии, чтобы создать новую пару электрона и позитрона. Оуэн смог объяснить, почему такая машина не работает: все дело было в гравитационном красном смещении. Догадаться об этом в 11-м классе – уже признак недюжинного таланта физика.

Позже сам Чемберлен писал: «Я думаю, что это был первый раз, когда я столкнулся с физиком в условиях, когда он мог поставить мне задачи, которые заставили меня думать. Некоторые из этих проблем он давал мне и говорил: "Итак, я вернусь сюда через несколько месяцев, и вы скажете мне ответ". Думаю, именно это и привело меня в физику. Я начал с увлечения некоторыми из этих проблем и головоломок. Вот что такое физика: проблемы и головоломки».

В Дартмутском колледже физика уже захватила нашего героя полностью, и в 1941 году он поступил в Калифорнийский университет в Беркли. Но в это время началось не только университетское обучение Чемберлена, но и Вторая мировая война для США. И здесь молодой физик делает необычный ход – «добровольцем» присоединяется к Манхэттенскому проекту. И попадает в научную группу Эмилио Сегре. Правда, администраторы проекта (не ученые) считали, что студента надо бы выгнать из секретной работы, но, видимо, Сегре не дал. Чемберлен присутствовал на полигоне в момент первого в истории ядерного взрыва.

023dc34babb5e63023940fac7ac8b534fc32d358
Фото Чемберлена с его удостоверения времен Манхэттенского проекта

Когда война окончилась, Чемберлен продолжил занятия наукой. Докторскую он делал под руководством Энрико Ферми, изучая дифракцию медленных нейтронов в жидкости, а потом пошел работать в Беркли – к Эрнесту Лоуренсу, начинвшему строить Беватрон, на котором и состоялось открытие антипротона группой Сегре и Чемберлена.

Как мы уже говорили, до середины 1950-х годов о том, чтобы экспериментально проверить предсказание Дирака 1930 года, речи не шло. Почему это так? Дело в том, что антипротон сам по себе родиться не мог – он рождается только в паре с протоном. А значит, на это должна уйти энергия, равная двум массам покоя протона. То есть, два миллиарда электронвольт (2 ГэВ). Однако это должна быть свободная энергия, «лишняя», при столкновении быстрого и высокоэнергетического протона с нейтроном мишени. Таким образом, получалось, что как ни крути, а ускоритель, на котором можно хотя бы теоретически открыть антипротон, должен иметь энергию минимум 6 ГэВ.

Как вспомнал позже Чемберлен, судя по всему, Эдвин Мак-Миллан, человек, синтезировавший нептуний, и Эрнест Лоуренс, создатель циклотронов, оба – нобелевские лауреаты по физике и ответственные за строительство нового ускорителя, Беватрона, – знали об этих прикидках и именно такой выбрали проектную мощность ускорителя.

Впрочем, чтобы открыть антипротон, мало взять пучок протонов, разогнать их до 6 ГэВ и шарахнуть в медную мишень. Антипротон нужно было еще обнаружить в продуктах распада. И именно системы детектирования антипротона стали главной заслугой нашего героя. Экспериментальная установка была рассчитана так, что антипротон прилетал ровно туда, куда нужно, где регистрировался осциллоскопом. Как ни странно, но первая статья Чемберлена, Сегре, Виланда и Ипсилантиса в престижном журнале Physical Review (Чемберлен по алфавиту шел первым автором) не содержит еще фотографий треков антипротона – только снимки регистрации его осциллоскопом. Статья вышла после примерно 40 надежных фиксаций антипротонов (только одна из примерно 30 тысяч образующихся частиц была антипротоном, и один антипротон наблюдался примерно каждые 15 минут).

45e815362735f2cc70349b0ce3e9fe2ab5c192f6
Треки осциллоскопа для мезона, антипротона и случайного события
Chamberlain, O., Segrè, E., Wiegand, C., & Ypsilantis, T. (1955). Observation of Antiprotons. Physical Review, 100(3), 947–950. doi:10.1103/physrev.100.947

Фотофиксация новой частицы станет следующей задачей нашего героя. Любопытный и остроумный момент в экспериментальной установке – для того чтобы отличить вылетевший отрицательно заряженный антипротон от мезонов и электронов, применялось открытие, сделанное лауреатом предыдущего года. Дело в том, что мезоны и электроны двигались со скоростью большей, чем скорость света в воздухе, а протоны – нет. Значит, мезоны и электроны испускали черенковское излучение (эффект Вавилова – Черенкова).

За открытием антипротона последовал уже ожидаемый антинейтрон, а за ним – Нобелевская премия. «Нобель» в 39 лет – это очень и очень неплохо.

После Нобелевской премии Чемберлен вернулся в Беркли и посвятил 25 лет совершенно новой тематике в экспериментальной физике элементарных частиц – так называемым поляризованным мишеням. И если начинал он с мишеней в несколько сантиметров, содержащих всего около 3% свободных фотонов, 20% из которых были поляризованы, то годы спустя на ускорителях стояли уже метровые мишени с 20–30% фотонов, поляризованных на 90%.

Увы, даже великие умы не всегда могут совладать с разрушением черной субстанции головного мозга. В 1990-х годах здоровье нашего героя начало слабеть, а на 86 году жизни Оуэн Чемберлен скончался от осложнений болезни Паркинсона в своем доме в Беркли.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Подписывайтесь на Indicator.Ru в соцсетях: Facebook, ВКонтакте, Twitter, Telegram, Одноклассники.

Комментарии

Все комментарии
САМОЕ ЧИТАЕМОЕ
Обсуждаемое