Джон Х. Мальмберг - John H. Malmberg

Джон Холмс Мальмберг
Джон Х. Мальмберг.jpg
Родившийся(1927-07-05)5 июля 1927 г.
Геттисберг, Пенсильвания
Умер1 ноября 1992 г.(1992-11-01) (65 лет)
Дель Мар, Калифорния
НациональностьАмериканец
ОбразованиеГосударственный университет Иллинойса (Б.С.)
Университет штата Иллинойс в Урбане-Шампейн (Магистр, доктор философии)
ИзвестенОднокомпонентные и не нейтральная плазма исследование, Ловушка Пеннинга-Мальмберга, бесстолкновительное затухание плазменных волн, эхо плазменных волн
Награды
Научная карьера
ПоляФизика плазмы
УчрежденияGeneral Atomics, Калифорнийский университет в Сан-Диего

Джон Холмс Мальмберг (5 июля 1927 - 1 ноября 1992) - американская плазменная физик и профессор Калифорнийский университет в Сан-Диего.[1] Он был известен своими первыми экспериментальными измерениями Демпфирование Ландау из плазменные волны в 1964 г.,[2] а также за его исследования по ненейтральная плазма и развитие Ловушка Пеннинга-Мальмберга.[3][4]

В 1985 году Мальмберг выиграл Премия Джеймса Клерка Максвелла за физику плазмы за экспериментальные работы по взаимодействию волн с частицами в нейтральной плазме и за исследования чистой электронной плазмы.[5] Позже он был удостоен награды Премия Джона Доусона за выдающиеся достижения в исследованиях физики плазмы в 1991 г. за его вклад в исследования ненейтральная плазма.[6]

Ранняя жизнь и карьера

Мальмберг учился в Государственный университет Иллинойса (бакалавр 1949 г.) и Университет штата Иллинойс в Урбане-Шампейн (магистр 1951 г.), где он получил докторскую степень в 1957 г. С 1957 по 1969 г. он был штатным научным сотрудником, работающим в области физики плазмы в General Atomics в Сан-Диего, Калифорния. С 1967 года и до своей смерти он был профессором физики в Калифорнийский университет в Сан-Диего (UCSD) в Ла-Хойя, Калифорния.[1][7]

В 1980 году Мальмберг был назначен членом первого комитета по плазменным наукам Национальный исследовательский совет.[нужна цитата ] В этом качестве он был сильным голосом за важность фундаментальных экспериментов с плазмой в поддержании здоровья науки о плазме. В эпоху, когда мелкомасштабные и фундаментальные исследования физики плазмы близились к упадку, Мальмберг подчеркивал важность способности следовать внутренней логике науки, которая, по его мнению, имеет первостепенное значение при проведении фундаментальных исследований.

Научный вклад

Затухание Ландау плазменных волн

Мальмберг и Чарльз Уортон провели первые экспериментальные измерения Демпфирование Ландау из плазменные волны в 1964 г.,[2] через два десятилетия после его предсказания Лев Ландау.[8] Поскольку это демпфирование бесстолкновительное, свободная энергия и фазовое пространство память, связанная с затухающей волной, не теряется, а тонко сохраняется в плазме. Мальмберг и его сотрудники явно продемонстрировали обратимый характер этого процесса по наблюдению эха плазменной волны[9][10] в котором волна «самопроизвольно» появляется в плазме как «эхо» двух ранее запущенных волн, которые были подавлены Ландау.

Ловушки Пеннинга – Мальмберга и ненейтральная плазма

Смотрите также: Ловушка Пеннинга-Мальмберга

Нейтральную плазму, как известно, трудно удержать. Напротив, Мальмберг и его сотрудники предсказали и продемонстрировали экспериментально[3][4][11] что плазма с одним знаком заряда, например чистая электрон или чистую ионную плазму, можно удерживать в течение длительных периодов времени (например, часов). Это было достигнуто с использованием расположения электрических и магнитных полей, аналогичных полям Ловушка Пеннинга, но оптимизирован для удержания однокомпонентной плазмы. В знак признания вклада Мальмберга в разработку этих устройств они теперь называются Ловушки Пеннинга-Мальмберга.

Мальмберг и соавторы поняли, что ненейтральная плазма предлагают возможности исследования, недоступные для нейтральной плазмы. В отличие от нейтральной плазмы, плазма с одним знаком заряда может достигать состояний глобального теплового равновесия.[12][13] Возможность использования теплового равновесия статистическая механика описание плазмы дает большое преимущество теории. [14] Кроме того, состояния вблизи таких тепловых равновесий легче контролировать экспериментально, а отклонения от равновесия изучать с точностью.

Когда нейтральная плазма охлаждается, она просто рекомбинирует; но плазма с одним знаком заряда может охлаждаться без рекомбинации. Мальмберг построил ловушку для чистой электронной плазмы со стенками при 4,2 К. Циклотронное излучение от электронов затем охладили плазму до нескольких градусов Кельвина. Теория утверждала, что электрон-электронные столкновения в такой сильно намагниченной и низкотемпературной плазме будут качественно отличаться от столкновений в более теплой плазме. Мальмберг измерил равнораспределение скорость между компонентами скорости электронов, параллельными и перпендикулярными магнитному полю, и подтвердила поразительное предсказание, что она экспоненциально уменьшается с понижением температуры.[15]

Мальмберг и Томас Майкл О'Нил предсказал, что очень холодная однокомпонентная плазма подвергнется воздействию фаза перехода к объемно-центрированный кубический кристаллическое состояние.[16] Позже Джон Боллинджер и его сотрудники создали такое государство. лазерное охлаждение плазма однократно ионизированной бериллий ионы до температуры в несколько милликельвинов.[17] В других экспериментах плазма захваченных чистых электронов используется для моделирования двумерного (2D) вихревая динамика ожидается для идеальной жидкости.[18][19]

В конце 1980-х чистая позитрон (т.е. антиэлектронная) плазма создавалась с использованием ловушки Пеннинга – Мальмберга.[20] Это и прогресс в ограничении низкоэнергетических антипротоны,[21] привело к созданию низкоэнергетических антиводород десятилетие спустя.[22][23] Эти и последующие события[24][25] породили множество исследований с низким энергопотреблением антивещество.[26] Это включает в себя все более точные исследования антиводорода и сравнение со свойствами водород[27] и формирование ди-позитроний молекула (Ps, )[28] предсказан Дж. А. Уилером в 1946 году.[29] Технология ловушек Пеннинга – Мальмберга теперь используется для создания нового поколения высококачественных позитроний атом () балки для атомная физика исследования.[30][31]

В более широком смысле, основополагающие исследования Мальмберга с захваченной однокомпонентной и ненейтральной плазмой стимулировали яркие подполи физики плазмы с удивительно широким воздействием на более широкий мир физики.

Почести и награды

В 1985 году Мальмберг получил Премия Джеймса Клерка Максвелла за физику плазмы от Американское физическое общество за "его выдающиеся экспериментальные исследования, которые расширили понимание взаимодействия волн с частицами в нейтральной плазме и повысили нашу уверенность в теории плазмы; и за новаторские исследования удержания и переноса чистой электронной плазмы.".[5]

А в 1991 году он был удостоен награды Премия Джона Доусона за выдающиеся достижения в исследованиях физики плазмы с Чарльзом Ф. Дрисколлом и Томас Майкл О'Нил, за исследования однокомпонентной электронной плазмы.[6]

Наследие

В 1993 году физический факультет UCSD учредил премию Джона Холмса Мальмберга в его честь. Он ежегодно присуждается выдающимся студентам-физикам со специализацией в области экспериментальной физики.[32]

Рекомендации

  1. ^ а б "Пионер физики плазмы в UCSD умирает". Лос-Анджелес Таймс. 1992-11-24. Получено 2020-02-23.
  2. ^ а б Malmberg, J. H .; Уортон, К. Б. (1964). «Бесстолкновительное затухание электростатических плазменных волн». Письма с физическими проверками. 13 (6): 184–186. Bibcode:1964ПхРвЛ..13..184М. Дои:10.1103 / PhysRevLett.13.184.
  3. ^ а б Malmberg, J. H .; Деграсси, Дж. С. (1975). «Свойства ненейтральной плазмы». Письма с физическими проверками. 35 (9): 577–580. Дои:10.1103 / PhysRevLett.35.577.
  4. ^ а б Malmberg, J. H .; Дрисколл, К. Ф. (1980). «Длительное удержание чистой электронной плазмы». Письма с физическими проверками. 44 (10): 654–657. Дои:10.1103 / PhysRevLett.44.654.
  5. ^ а б "Лауреат премии Джеймса Клерка Максвелла за физику плазмы 1985 года". Американское физическое общество. Получено 2020-02-23.
  6. ^ а б "Премия Джона Доусона за выдающиеся достижения в исследованиях физики плазмы". www.aps.org. Получено 2020-02-23.
  7. ^ "Мальмберг, Дж. Х." history.aip.org. Получено 2020-02-23.
  8. ^ Ландау, Л.Д. «О колебаниях электронной плазмы». Ж. Эксп. Теор. Физ. 16: 574–86 (перепечатано 1965 г., Сборник статей Ландау эд Д тер Хаара (Оксфорд: Пергамон), стр. 445–60).
  9. ^ Gould, R.W .; О'Нил, Т. М .; Мальмберг, Дж. Х. (1967). «Плазменное эхо». Письма с физическими проверками. 19 (5): 219–222. Дои:10.1103 / PhysRevLett.19.219.
  10. ^ Malmberg, J. H .; Wharton, C.B .; Gould, R.W .; О’Нил, Т. М. (1968). «Наблюдение за плазменным эхом» (PDF). Физика жидкостей. 11 (6): 1147. Дои:10.1063/1.1692075.
  11. ^ о'Нил, Т. М. (1980). «Теорема конфайнмента для ненейтральной плазмы». Физика жидкостей. 23 (11): 2216. Дои:10.1063/1.862904.
  12. ^ Prasad, S.A .; о'Нил, Т. М. (1979). «Тепловые равновесия конечной длины столба чистой электронной плазмы». Физика жидкостей. 22 (2): 278. Дои:10.1063/1.862578.
  13. ^ Driscoll, C.F .; Malmberg, J. H .; Прекрасно, К. С. (1988). «Наблюдение перехода к тепловому равновесию в чистой электронной плазме». Письма с физическими проверками. 60 (13): 1290–1293. Дои:10.1103 / PhysRevLett.60.1290. PMID  10037997.
  14. ^ Dubin, Daniel H.E .; о'Нил, Т. М. (1999). «Захваченная ненейтральная плазма, жидкости и кристаллы (состояния теплового равновесия)». Обзоры современной физики. 71: 87–172. Дои:10.1103 / RevModPhys.71.87.
  15. ^ Beck, B.R .; Fajans, J .; Мальмберг, Дж. Х. (1992). «Измерение столкновительной анизотропной релаксации температуры в сильно замагниченной чистой электронной плазме». Письма с физическими проверками. 68 (3): 317–320. Дои:10.1103 / PhysRevLett.68.317. PMID  10045861.
  16. ^ Malmberg, J. H .; О'Нил, Т. М. (1977). «Чистая электронная плазма, жидкость и кристалл». Письма с физическими проверками. 39 (21): 1333–1336. Дои:10.1103 / PhysRevLett.39.1333.
  17. ^ Боллинджер, Дж. Дж .; Mitchell, T. B .; Хуанг, X.-P .; Itano, W. M .; Tan, J. N .; Jelenković, B.M .; Вайнленд, Д. Дж. (2000). «Кристаллический порядок в плазме ненейтральных ионов с лазерным охлаждением». Физика плазмы. 7: 7–13. Дои:10.1063/1.873818.
  18. ^ Прекрасно, К. С .; Driscoll, C.F .; Malmberg, J. H .; Митчелл, Т. Б. (1991). «Измерения слияния симметричных вихрей». Письма с физическими проверками. 67 (5): 588–591. Дои:10.1103 / PhysRevLett.67.588. PMID  10044936.
  19. ^ Прекрасно, К. С .; Cass, A.C .; Flynn, W.G .; Дрисколл, К. Ф. (1995). «Релаксация двумерной турбулентности к вихревым кристаллам». Письма с физическими проверками. 75 (18): 3277–3280. Дои:10.1103 / PhysRevLett.75.3277. PMID  10059543.
  20. ^ Сурко, С. М .; Leventhal, M .; Пасснер, А. (1989). «Позитронная плазма в лаборатории». Письма с физическими проверками. 62 (8): 901–904. Дои:10.1103 / PhysRevLett.62.901. PMID  10040367.
  21. ^ Gabrielse, G .; Fei, X .; Helmerson, K .; Rolston, S.L .; Tjoelker, R .; Трейнор, Т. А .; Калиновский, H .; Haas, J .; Келлс, В. (1986). "Первый захват антипротонов ловушкой Пеннинга: источник килоэлектронвольт". Письма с физическими проверками. 57 (20): 2504–2507. Дои:10.1103 / PhysRevLett.57.2504. PMID  10033784.
  22. ^ Amoretti, M .; Amsler, C .; Бономи, G .; Bouchta, A .; Bowe, P .; Carraro, C .; Cesar, C.L .; Charlton, M .; Collier, M. J. T .; Дозер, М .; Филиппини, В .; Прекрасно, К. С .; Fontana, A .; Fujiwara, M.C .; Funakoshi, R .; Genova, P .; Hangst, J. S .; Hayano, R. S .; Holzscheiter, M. H .; Jørgensen, L. V .; Лагомарсино, В .; Landua, R .; Lindelöf, D .; Риццини, Э. Лоди; MacRì, M .; Madsen, N .; Manuzio, G .; Marchesotti, M .; Montagna, P .; и другие. (2002). «Производство и обнаружение холодных атомов антиводорода». Природа. 419 (6906): 456–459. Дои:10.1038 / природа01096. PMID  12368849. S2CID  4315273.
  23. ^ Gabrielse, G .; Bowden, N. S .; Oxley, P .; Speck, A .; Storry, C.H .; Tan, J. N .; Wessels, M .; Грзонка, Д .; Oelert, W .; Schepers, G .; Sefzick, T .; Walz, J .; Pittner, H .; Hänsch, T. W .; Hessels, E. A .; Сотрудничество ATRAP (2002). «Управляемое производство холодового антиводорода и первое измеренное распределение антиводородных состояний». Письма с физическими проверками. 89 (23): 233401. Дои:10.1103 / PhysRevLett.89.233401. PMID  12485006.
  24. ^ Danielson, J. R .; Дубин, Д. Х. Э .; Greaves, R. G .; Сурко, С. М. (2015). «Плазма и ловушки для науки с позитронами». Обзоры современной физики. 87: 247–306. Дои:10.1103 / RevModPhys.87.247.
  25. ^ Fajans, J .; Сурко, С. М. (2020). «Плазма и ловушки для науки с антивеществом». Физика плазмы. 27 (3): 030601. Дои:10.1063/1.5131273.
  26. ^ Сурко, С. М .; Грибакин, Г. Ф .; Бакман, С. Дж. (2005). «Взаимодействие позитронов низкой энергии с атомами и молекулами». Журнал физики B: атомная, молекулярная и оптическая физика. 38 (6): R57 – R126. Дои:10.1088 / 0953-4075 / 38/6 / R01.
  27. ^ Ahmadi, M .; Alves, B. X. R .; Baker, C.J .; Bertsche, W .; Capra, A .; Carruth, C .; Cesar, C.L .; Charlton, M .; Cohen, S .; Collister, R .; Eriksson, S .; Эванс, А .; Evetts, N .; Fajans, J .; Friesen, T .; Fujiwara, M.C .; Gill, D. R .; Hangst, J. S .; Харди, W. N .; Хайден, М. Э .; Isaac, C.A .; Johnson, M. A .; Jones, J.M .; Jones, S.A .; Jonsell, S .; Храмов, А .; Knapp, P .; Курчанинов, Л .; Madsen, N .; и другие. (2018). «Характеристика перехода 1S – 2S в антиводороде». Природа. 557 (7703): 71–75. Дои:10.1038 / s41586-018-0017-2. ЧВК  6784861. PMID  29618820.
  28. ^ Кэссиди, Д. Б.; Миллс, А. П. (2007). «Производство молекулярного позитрония». Природа. 449 (7159): 195–197. Дои:10.1038 / природа06094. PMID  17851519. S2CID  11269624.
  29. ^ Уилер, Джон Арчибальд (1946). «Полиэлектроны». Летопись Нью-Йоркской академии наук. 48 (3): 219–238. Дои:10.1111 / j.1749-6632.1946.tb31764.x.
  30. ^ Кэссиди, Дэвид Б. (2018). «Экспериментальный прогресс в физике позитрониевого лазера». Европейский физический журнал D. 72 (3). Дои:10.1140 / epjd / e2018-80721-y.
  31. ^ Michishio, K .; Chiari, L .; Tanaka, F .; Oshima, N .; Нагашима, Ю. (2019). «Высококачественная и регулируемая по энергии система пучка позитрония, использующая пучок позитронов на основе ловушки». Обзор научных инструментов. 90 (2): 023305. Дои:10.1063/1.5060619. PMID  30831693.
  32. ^ "Калифорнийский университет в Сан-Диего | Стипендии и награды в области физики". www-physics.ucsd.edu. Получено 2020-02-23.