Фредерик Райнес - Frederick Reines

Фредерик Райнес
Фредерик Рейнес.jpg
Фредерик Райнес
Родился(1918-03-16)16 марта 1918 г.
Патерсон, Нью-Джерси
Умер26 августа 1998 г.(1998-08-26) (в возрасте 80 лет)
Апельсин, Калифорния
ГражданствоАмериканец
ИзвестенНейтрино
Супруг (а)Сильвия Сэмюэлс (м. 1940; двое детей)
Награды
Научная карьера
ПоляФизика
Учреждения
ТезисДеление ядра и жидкокапельная модель ядра  (1944)
ДокторантРичард Д. Настоящее
ДокторантыМайкл К. Мо (1965)

Фредерик Райнес (/ˈраɪпɛs/ RY-nes;[1] 16 марта 1918-26 августа 1998) был американцем. физик. Награжден премией 1995 г. Нобелевская премия по физике за совместное обнаружение нейтрино с участием Клайд Коуэн в нейтринный эксперимент. Он может быть единственным ученым в истории, «так тесно связанным с открытием элементарная частица и последующее тщательное исследование его основных свойств ».[2]

Выпускник Технологический институт Стивенса и Нью-Йоркский университет, Рейнес присоединился к Манхэттенский проект с Лос-Аламосская лаборатория в 1944 г., работая в теоретическом отделе г. Ричард Фейнман группа. Он стал там руководителем группы в 1946 году. Он участвовал в ряде ядерные испытания, в результате чего он стал директором Операция теплица серия испытаний в Тихом океане в 1951 г.

В начале 1950-х годов работая в Hanford и Сайты реки Саванна, Райнес и Коуэн разработали оборудование и процедуры, с помощью которых они впервые обнаружили якобы необнаруживаемые нейтрино в июне 1956 года. Райнес посвятил большую часть своей карьеры изучению свойств и взаимодействий нейтрино, и эта работа повлияла на изучение нейтрино для многих. будущие исследователи. Это включало обнаружение нейтрино, созданных в атмосфере космические лучи, и обнаружение в 1987 г. нейтрино, испускаемых из Сверхновая SN1987A, который открыл поле нейтринная астрономия.

Ранние годы

Фредерик Райнес родился в Патерсон, Нью-Джерси, один из четырех детей Гасси (Коэна) и Исраэля Рейнса. Его родители были еврейскими эмигрантами из того же города в России, но встретились только в Нью-Йорк, где они позже поженились. У него была старшая сестра Паула, которая стала врачом, и два старших брата, Дэвид и Уильям, которые стали юристами. Он сказал, что на его «раннее образование сильно повлияли» его прилежные братья и сестры. Он был внучатым племянником Раввин Ицхак Яаков Рейнес, основатель Mizrachi, а религиозное сионистское движение.[3]

Семья переехала в Хиллберн, Нью-Йорк, где его отец управлял универмаг, и он провел большую часть своего детства. Он был Орел-разведчик. Оглядываясь назад, Райнес сказал: «Мои воспоминания из раннего детства сосредоточены вокруг этого типичного американского загородного магазина и жизни в маленьком американском городке, включая День Независимости июль торжества, отмеченные салютом и патриотической музыкой, звучащей с эстрады павильона ».[4]

Райнес пел и в хоре, и в качестве солиста. Какое-то время он рассматривал возможность карьеры певца, и его инструктировал тренер по вокалу из Метрополитен-опера которые давали уроки бесплатно, потому что у семьи не было на них денег.[4] Позже семья переехала в Северный Берген, Нью-Джерси, проживающий на Kennedy Boulevard и 57-я улица. Поскольку в Северном Бергене не было средней школы,[5] он присутствовал Union Hill High School в Юнион-Хилл, Нью-Джерси (сегодня Юнион-Сити, Нью-Джерси ),[4][5] которую окончил в 1935 году.[5]

С ранних лет Райнес проявлял интерес к науке и любил создавать и строить вещи. Позже он вспоминал, что:

Первые всплески интереса к науке, которые я помню, произошли в момент скуки в религиозной школе, когда, глядя в сумерки в окно, скрюченная рука моделировать а телескоп, Я заметил кое-что особенное в свете; это было явление дифракция. С этого началось мое увлечение светом.[4]

По иронии судьбы, Райнес преуспел в литературных и исторических курсах, но получил средние или низкие оценки по естествознанию и математике. первокурсник год обучения в средней школе, хотя младший и старшая лет благодаря поддержке учителя, который дал ему ключ от школьной лаборатории. Это воспитало в его старшем классе любовь к науке. В ответ на вопрос пожилых людей о том, что они хотят сделать для цитаты из ежегодника, он ответил: «Быть ​​выдающимся физиком».[4]

Рейнес был принят в Массачусетский Институт Технологий, но вместо этого предпочли посетить Технологический институт Стивенса в Хобокен, Нью-Джерси, где он заработал Бакалавр (B.S.) степень в машиностроение в 1939 г., а его Магистр естественных наук В 1941 г. получил степень магистра математической физики, написав диссертацию на тему "Критический обзор теории оптической дифракции".[3] Он женился на Сильвии Сэмюэлс 30 августа 1940 года.[3] У них было двое детей, Роберт и Алиса.[4] Затем он вошел Нью-Йоркский университет, где он заработал Доктор Философии (Доктор философии) в 1944 г. Учился космические лучи там под Серж А. Корфф,[4] но написал его Тезис под руководством Ричарда Д. Настоящего[3] на тему «Деление ядра и жидкокапельная модель ядра».[6] Публикация диссертации откладывалась до конца Вторая Мировая Война; это появилось в Физический обзор в 1946 г.[3][7]

Лос-Аламосская лаборатория

Операция оранжерея - Собачий выстрел

В 1944 г. Ричард Фейнман нанял Райнеса для работы в теоретическом отделе Манхэттенский проект с Лос-Аламосская лаборатория, где он останется в течение следующих пятнадцати лет.[4] Он присоединился к группе Фейнмана Т-4 (Проблемы диффузии), которая была частью Ганс Бете Т (теоретический) дивизион. Распространение был важным аспектом критическая масса расчеты.[3] В июне 1946 года он стал руководителем группы, возглавив группу Т-1 (Теория дракона). Результат "пощекотать хвост дракона «Эксперимент, Дракон был машиной, которая могла достигать критического состояния за короткие промежутки времени, которую можно было использовать в качестве инструмента исследования или источника энергии.[8]

Рейнес участвовал в ряде ядерные испытания, и написание отчетов по их результатам. К ним относятся Операция Перекресток в Атолл Бикини в 1946 г., Операция Sandstone в Атолл Эниветок в 1948 г. и Операция Рейнджер и Операция "Бастер-Джангл" на Испытательный полигон в Неваде. В 1951 году он был директором Операция теплица серия ядерные испытания в Тихом океане. Это были первые американские испытания усиленное ядерное оружие, важный шаг к термоядерное оружие. Он изучал эффекты ядерных взрывов и был соавтором статьи с Джон фон Нейман об образовании ствола Маха, важном аспекте воздушного взрывная волна.[3][4]

Несмотря на или, возможно, из-за своей роли в этих ядерных испытаниях, Рейнес был обеспокоен опасностями радиоактивного загрязнения в результате ядерных испытаний в атмосфере и стал сторонником подземные ядерные испытания. По следам Спутник кризис, он участвовал в Джон Арчибальд Уиллер Проект 137, который превратился в ДЖЕЙСОН. Он также был делегатом на Атомы для мира Конференция в Женеве в 1958 году.[3][4]

Открытие нейтрино и внутреннего устройства звезд

В нейтрино это субатомная частица впервые предложено Вольфганг Паули 4 декабря 1930 г. Частица потребовалась для решения проблемы недостающей энергии при наблюдениях бета-распад, когда нейтрон распадается на протон и электрон. Новая гипотетическая частица требовалась для сохранения фундаментального закона сохранение энергии. Энрико Ферми переименовал это в нейтрино, Итальянский для "маленький нейтральный",[9] и в 1934 г. предложил свою теория бета-распада при котором электроны, испускаемые ядром, были созданы распадом нейтрона на протон, электрон и нейтрино:[10][11]


п0
 →
п+
 +
е−
 +
ν
е

Нейтрино объясняет недостающую энергию, но теория Ферми описывает частицу с небольшой массой и без электрического заряда, которую невозможно наблюдать напрямую. В статье 1934 г. Рудольф Пайерлс и Ганс Бете подсчитал, что нейтрино могут легко проходить через Землю, и пришел к выводу, что «практически невозможно наблюдать нейтрино».[12]

В 1951 году Райнес и его коллега Клайд Коуэн решили посмотреть, смогут ли они обнаружить нейтрино и таким образом доказать свое существование. По завершении серии испытаний в теплице Рейнес получил разрешение от главы Т-подразделения, Дж. Карсон Марк, на вид на жительство для изучения фундаментальной физики. «Так почему же мы хотели обнаружить свободное нейтрино?» Позже он объяснил: «Потому что все говорили, что вы не можете этого сделать».[13]

Согласно теории Ферми, была также соответствующая обратная реакция, в которой нейтрино соединяется с протоном, чтобы создать нейтрон и позитрон:[13]


ν
е +
п+
 →
п0
 +
е+

Позитрон скоро аннигилирует электроном и произведет два заряда по 0,51 МэВ. гамма лучи, в то время как нейтрон будет захвачен протоном и испустит гамма-излучение с энергией 2,2 МэВ. Это создаст отличительную подпись, которую можно будет обнаружить. Затем они поняли, что добавив кадмий соль их жидкий сцинтиллятор они могут усилить реакцию захвата нейтронов, что приведет к всплеску гамма-излучения 9 МэВ.[14] В качестве источника нейтрино они предложили использовать атомную бомбу. Разрешение на это было получено от директора лаборатории, Норрис Брэдбери. Работы по рытью шахты для эксперимента начались, когда Дж. М. Б. Келлог убедил их использовать ядерного реактора вместо бомбы. Хотя это был менее интенсивный источник нейтрино, он имел то преимущество, что позволял проводить несколько экспериментов в течение длительного периода времени.[3][14]

В 1953 году они сделали первые попытки использовать один из больших реакторов на заводе. Хэнфордский ядерный объект в том, что сейчас известно как Нейтринный эксперимент Коуэна – Райнеса. Их детектор теперь включал 300 литров (66 имп галлонов; 79 галлонов США) сцинтилляционной жидкости и 90 фотоумножитель трубки, но усилия были сорваны фоновым шумом от космических лучей. При поддержке Джон А. Уиллер, они попытались снова в 1955 году, на этот раз с использованием одного из более новых, более мощных реакторов мощностью 700 МВт на Сайт реки Саванна который испустил высокий поток нейтрино 1,2 x 1012 / см2 сек. У них также было удобное, хорошо защищенное место в 11 метрах (36 футов) от реактора и в 12 метрах (39 футов) под землей.[13] 14 июня 1956 года им удалось отправить Паули телеграмму, в которой сообщалось, что нейтрино найдено.[15] Когда Бете был проинформирован о том, что он ошибся, он сказал: «Ну, не стоит верить всему, что вы читаете в газетах».[13]

Сверхновая SN1987A (яркий объект в центре), если смотреть сквозь Космический телескоп Хаббла

С тех пор Райнес посвятил большую часть своей карьеры изучению свойств и взаимодействий нейтрино, и эта работа повлияла на изучение нейтрино для будущих исследователей.[16] Коуэн покинул Лос-Аламос в 1957 году, чтобы преподавать в Университет Джорджа Вашингтона, прекращая их сотрудничество.[3] На основе его работы по первому обнаружению нейтрино, Рейнес стал руководителем физического факультета Кейс Вестерн Резервный университет с 1959 по 1966 год. В Кейсе он возглавлял группу, которая первой обнаружила нейтрино, созданное в атмосфере космические лучи.[14] У Райнеса был громкий голос, и он был певцом с детства. В это время, помимо выполнения своих обязанностей научного руководителя и председателя физического факультета, Райнес пел в хоре Кливлендского оркестра под руководством Роберт Шоу в выступлениях с Джордж Селл и Кливлендский оркестр.[17]

В 1966 году Райнес взял с собой большую часть своей исследовательской группы нейтрино, когда отправился на новое место. Калифорнийский университет в Ирвине (UCI), став его первым деканом по физическим наукам. В UCI Райнес расширил исследовательские интересы некоторых из своих аспирантов на разработку медицинские детекторы излучения, например, для измерения общего излучения, доставляемого всему человеческому телу в радиационная терапия.[17]

Рейнес подготовился к возможности измерения отдаленных событий взрыва сверхновой. Взрывы сверхновых - редкость, но Райнес подумал, что, возможно, ему посчастливится увидеть такую ​​при жизни и уловить потоки нейтрино в своих специально разработанных детекторах. В ожидании взрыва сверхновой он поместил знаки на некоторые из своих больших детекторов нейтрино, назвав их «Системы раннего предупреждения о сверхновых».[17] В 1987 году нейтрино испустили Сверхновая SN1987A были обнаружены Ирвин – Мичиган – Брукхейвен (IMB) Collaboration, которая использовала 8000-тонный Черенковский детектор расположен в соляной шахте недалеко от Кливленд.[2] Обычно детекторы регистрировали только несколько фоновых событий каждый день. Сверхновая всего за десять секунд зарегистрировала 19 событий.[13] Это открытие считается открытием области нейтринная астрономия.[2]

В 1995 году награду удостоили Рейнес вместе с Мартин Л. Перл с Нобелевская премия по физике за его работу с Коуэном по первому обнаружению нейтрино. К сожалению, Коуэн умер в 1974 году, и Нобелевская премия не присуждена посмертно.[16] Райнес также получил множество других наград, в том числе Приз имени Дж. Роберта Оппенгеймера в 1981 г.,[18] то Национальная медаль науки в 1985 г. Премия Бруно Росси в 1989 г. Премия Майкельсона – Морли в 1990 г. Премия Панофского в 1992 г., а Франклин Медаль в 1992 году. Он был избран членом Национальная Академия Наук в 1980 г. и иностранный член Российская Академия Наук в 1994 г.[3] Он оставался деканом физических наук в UCI до 1974 г. и стал Заслуженный профессор в отставке в 1988 году, но он продолжал преподавать до 1991 года и оставался на факультете UCI до своей смерти.[19]

Смерть

Frederick Reines Hall в Калифорнийском университете, в Ирвине находится факультет физики и астрономии, а также часть факультета химии.

Райнес умер после долгой болезни в Калифорнийский университет, Медицинский центр Ирвина в Апельсин, Калифорния,[1] 26 августа 1998 г.[3] У него остались жена и дети.[1] Его статьи находятся в библиотеках UCI.[20] Зал Райнеса в UCI был назван в его честь.[21]

Публикации

Заметки

  1. ^ а б c Уилфорд, Джон Ноубл (28 августа 1998 г.). «Фредерик Рейнес умирает в возрасте 80 лет; лауреат премии открыл нейтрино». Нью-Йорк Таймс. Получено 18 февраля, 2015.
  2. ^ а б c Шульц, Йонас; Собел, Хэнк. «Фредерик Райнес и нейтрино». Калифорнийский университет, Ирвинская школа физических наук. Архивировано из оригинал 20 февраля 2014 г.
  3. ^ а б c d е ж г час я j k л Кропп, Уильям; Шульц, Йонас; Собел, Генри (2009). Фредерик Райнес, 1918–1998 гг. Биографические воспоминания (PDF). Вашингтон.: Национальная Академия Наук. Получено 17 марта, 2010.
  4. ^ а б c d е ж г час я j «Нобелевская премия по физике 1995 г.». Нобелевский фонд. Получено 23 марта, 2012.
  5. ^ а б c Папа, Дженнарос (25 марта 2012 г.). «Мост неспокойного бульвара Кеннеди». Репортер Юнион-Сити. п. 12.
  6. ^ «Деление ядра и жидкокапельная модель ядра». Нью-Йоркский университет. Получено 18 февраля, 2015.
  7. ^ Настоящее, Р. Д .; Reines, F .; Книпп, Дж. К. (октябрь 1946 г.). «Модель жидкой капли для деления ядер». Физический обзор. 70 (7–8): 557–558. Bibcode:1946ПхРв ... 70..557П. Дои:10.1103 / PhysRev.70.557.2. HDL:2027 / mdp.39015086430553. PMID  18880816.
  8. ^ Траслоу и Смит, 1961 г. С. 56-59.
  9. ^ Закрыть 2012 С. 15–18.
  10. ^ Ферми, Э. (1968). Уилсон, Фред Л. (пер.). "Теория бета-распада Ферми". Американский журнал физики. 36 (12): 1150–1160. Bibcode:1968AmJPh..36,1150 Вт. Дои:10.1119/1.1974382. Получено 20 января, 2013.
  11. ^ Закрыть 2012 С. 22–25.
  12. ^ Bethe, H .; Пайерлс, Р. (7 апреля 1934 г.). «Нейтрино». Природа. 133 (3362): 532. Bibcode:1934Натура.133..532Б. Дои:10.1038 / 133532a0. ISSN  0028-0836. S2CID  4001646.
  13. ^ а б c d е Райнес, Фредерик (8 декабря 1995 г.). «Нейтрино: от полтергейста к частицам» (PDF). Нобелевский фонд. Получено 20 февраля, 2015. Лекция о Нобелевской премии
  14. ^ а б c Лубкин, Глория Б. (1995). «Нобелевская премия по физике присуждается Фредерику Райнесу за обнаружение нейтрино» (PDF). Физика сегодня. 48 (12): 17–19. Bibcode:1995ФТ .... 48л..17л. Дои:10.1063/1.2808286. ISSN  0031-9228. Архивировано из оригинал (PDF) 17 декабря 2008 г.
  15. ^ Закрыть 2012 С. 37–41.
  16. ^ а б Закрыть 2012, п. 42.
  17. ^ а б c "In Memoriam, 1998. Фредерик Райнес, Физика; Радиологические науки: Ирвин". Калифорнийский университет. Получено 19 февраля, 2015.
  18. ^ «Фредерик Райнес получает приз Оппенгеймера». Физика сегодня. 34 (5): 94. Май 1981. Bibcode:1981ФТ .... 34Р..94.. Дои:10.1063/1.2914589.
  19. ^ "Кончина Фредерика Райнеса, лауреата Нобелевской премии по физике в 1995 году". Калифорнийский университет в Ирвине. Архивировано из оригинал 2 ноября 2013 г.
  20. ^ "Путеводитель по статьям Фредерика Рейнеса". Получено 18 февраля, 2015 - через Калифорнийская цифровая библиотека.
  21. ^ Бенджамин, Мариса. "Зал Фредерика Рейнса в Калифорнийском университете в Ирвине". About.com. Получено 18 февраля, 2015.

использованная литература

внешние ссылки