Это хорошая статья. Для получения дополнительной информации нажмите здесь.
Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Фредерик Рейнес
Фредерик Рейнес.jpg
Фредерик Рейнес
Родившийся( 1918-03-16 )16 марта 1918 г.
Патерсон, Нью-Джерси
Умер26 августа 1998 г. (1998-08-26)(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 г.)
ДокторантРичард Д. Настоящее
ДокторантыМайкл К. Мо (1965)

Райнес ( / г aɪ п ɛ с / RY -nes ; [1] 16 марта 1918 - 26 августа, 1998) был американский физик . Он был удостоен Нобелевской премии по физике 1995 года за совместное обнаружение нейтрино с Клайдом Коуэном в нейтринном эксперименте . Он может быть единственным ученым в истории, «так тесно связанным с открытием элементарной частицы и последующим тщательным исследованием ее фундаментальных свойств». [2]

Выпускник Технологического института Стивенса и Нью - Йоркского университета , Reines присоединился к Manhattan Project «s Лос - Аламосе лаборатории в 1944 году, работая в теоретическом отделе в Ричарда Фейнмана » группы s. Он стал там руководителем группы в 1946 году. Он участвовал в ряде ядерных испытаний , кульминацией которых стало то, что он стал директором серии испытаний Operation Greenhouse в Тихом океане в 1951 году.

В начале 1950-х годов, работая на сайтах Хэнфорд и Саванна Ривер , Райнс и Коуэн разработали оборудование и процедуры, с помощью которых они впервые обнаружили предположительно необнаруживаемые нейтрино в июне 1956 года. Райнес посвятил большую часть своей карьеры изучению свойств нейтрино и взаимодействия, которые работают, повлияют на изучение нейтрино для многих будущих исследователей. Это включало обнаружение нейтрино, созданных в атмосфере космическими лучами , и обнаружение в 1987 году нейтрино, испускаемых сверхновой SN1987A , что положило начало области нейтринной астрономии .

Ранняя жизнь [ править ]

Фредерик Рейнс родился в Патерсоне, штат Нью-Джерси , и был одним из четырех детей Гасси (Коэна) и Исраэля Рейнса. Его родители были еврейскими эмигрантами из того же города в России, но познакомились только в Нью-Йорке , где 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 раввина Ицхака Яакова Рейнеса , основателя Мизрахи , религиозного сионистского движения . [3]

Семья переехала в Хиллберн, штат Нью-Йорк , где его отец управлял универсальным магазином , и он провел большую часть своего детства. Он был орел-разведчиком . Оглядываясь назад, Рейнс сказал: «Мои ранние детские воспоминания сосредоточены вокруг этого типичного американского загородного магазина и жизни в маленьком американском городке, включая июльские празднования Дня независимости, отмеченные фейерверками и патриотической музыкой, играемой с эстрады в павильоне». [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, который давал уроки бесплатно, потому что у семьи не было на них денег. [4] Семья позже переехала в Северный Берген, Нью-Джерси , проживая на бульваре Кеннеди и 57-й улице. Поскольку в Норт-Бергене не было средней школы [5], он учился в Средней школе Юнион-Хилл в Юнион-Хилле, штат Нью-Джерси (сегодня Юнион-Сити, штат Нью-Джерси ), [4] [5] которую он окончил в 1935 году [5].

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

Первые ростки интереса к науке , что я помню , происходивший в течение момента скуки в религиозной школе, когда, глядя из окна в сумерках через руку изогнутых для имитации в телескопе , я заметил что - то особенное о свете; это было явление дифракции . 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 на первом году обучения в средней школе, хотя он улучшился в этих областях к младшим и старшим годам благодаря поддержке учителя, который дал ему оценку. 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 технологический институт , но вместо этого предпочел поступить в технологический институт Стивенса в Хобокене, штат Нью-Джерси , где он получил степень бакалавра наук (BS) в области машиностроения в 1939 году и степень магистра наук (MS). получил степень по математической физике в 1941 году, написав диссертацию на тему «Критический обзор теории дифракции света». [3] Он женился на Сильвии Сэмюэлс 30 августа 1940 года. [3] У них было двое детей, Роберт и Алиса. [4] Затем он поступил в Нью-Йоркский университет , где получил степень доктора философии.(Ph.D.) в 1944 г. Он изучал космические лучи там под Serge А. Корфа , [4] , но написал свою диссертацию под руководством Ричарда Д. Present [3] на «ядерного деления и модели жидкой капли ядра ". [6] Публикация диссертации была отложена до окончания Второй мировой войны ; он появился в Physical Review в 1946 году. [3] [7]

Лос-Аламосская лаборатория [ править ]

Операция оранжерея - Собачий выстрел

В 1944 году Ричард Фейнман набраны Reines на работу в теоретическом отделе в то Manhattan Project «s Лос - Аламосской лаборатории , где он будет оставаться в течение следующих пятнадцати лет. [4] Он присоединился к группе Фейнмана Т-4 (проблемы диффузии), которая была частью Т (теоретического) отдела Ганса Бете . Диффузия была важным аспектом расчета критической массы . [3] В июне 1946 года он стал лидером группы, возглавив группу Т-1 (Теория дракона). Отросток « щекотки дракона за хвост»«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 ядерных испытаний и писал отчеты об их результатах. Среди них Операция Перекресток на атолле Бикини в 1946 году, операции Песчаник на атолле Эниветок в 1948 году, и операции Ranger и Операция Buster-бренчать на полигоне в Неваде . В 1951 году он был директором Операции «Теплица» по серии ядерных испытаний в Тихом океане. Здесь были проведены первые американские испытания ядерного оружия с ускоренным расщеплением , что стало важным шагом на пути к термоядерному оружию.. Он изучал эффекты ядерных взрывов и был соавтором статьи с Джоном фон Нейманом о формировании ствола Маха, важном аспекте воздушной взрывной волны . [3] [4]

Несмотря на или, возможно, благодаря своей роли в этих ядерных испытаниях, Рейнес был обеспокоен опасностями радиоактивного загрязнения в результате ядерных испытаний в атмосфере и стал сторонником подземных ядерных испытаний . После кризиса спутника он участвовал в проекте 137 Джона Арчибальда Уиллера , который превратился в JASON . Он также был делегатом на конференции « Атом для мира» в Женеве в 1958 г. [3] [4]

Открытие нейтрино и внутреннего устройства звезд [ править ]

Нейтрино является субатомных частиц впервые предложен Вольфганг Паули 4 декабря 1930 года частица должна была решить проблему недостающей энергии в наблюдениях бета - распада , когда нейтронные распады на протон и электрон . Новая гипотетическая частица требовалась для сохранения фундаментального закона сохранения энергии . Энрико Ферми переименовал его в нейтрино , что по-итальянски означает «маленький нейтральный» [9], а в 1934 году предложил свою теорию бета-распада.при котором электроны, испускаемые ядром, были созданы в результате распада 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 года Рудольф Пайерлс и Ганс Бете подсчитали, что нейтрино могут легко проходить через Землю, и пришли к выводу, что «практически невозможно наблюдать нейтрино». [12]

В 1951 году Райнес и его коллега Клайд Коуэн решили проверить, смогут ли они обнаружить нейтрино и таким образом доказать их существование. По завершении серии испытаний в теплице Райнес получил разрешение от главы Т-отдела Дж. Карсона Марка на отпуск для изучения фундаментальной физики. «Так почему мы хотели обнаружить свободное нейтрино?» Позже он объяснил: «Потому что все говорили, что ты не сможешь этого сделать». [13]

Согласно теории Ферми, также имела место соответствующая обратная реакция, в которой нейтрино соединяется с протоном, образуя нейтрон и позитрон : [13]


ν
е +
п+
 →
п0
 +
е+

Позитрон скоро аннигилирует электроном и произведет два гамма-излучения с энергией 0,51 МэВ , в то время как нейтрон будет захвачен протоном и испустит гамма-излучение с энергией 2,2 МэВ. Это создаст отличительную сигнатуру, которую можно будет обнаружить. Затем они поняли, что, добавляя соль кадмия в свой жидкий сцинтиллятор, они усиливают реакцию захвата нейтронов, что приводит к всплеску гамма-излучения с энергией 9 МэВ. [14] В качестве источника нейтрино они предложили использовать атомную бомбу. Разрешение на это было получено от директора лаборатории Норриса Брэдбери . Работы по рытью шахты для эксперимента начались, когда JMB Kellogg убедил их использовать ядерный реактор.вместо бомбы. Хотя он был менее интенсивным источником нейтрино, он имел то преимущество, что позволял проводить несколько экспериментов в течение длительного периода времени. [3] [14]

В 1953 году они предприняли свои первые попытки использовать один из больших реакторов на ядерном объекте в Хэнфорде 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 фотоэлектронных умножителей , но усилия были сорваны фоновым шумом от космических лучей. При поддержке Джона А. Уиллера они попытались снова в 1955 году, на этот раз с использованием одного из новых, более крупных реакторов мощностью 700 МВт на участке Саванна-Ривер, который испускал высокий поток нейтрино 1,2 x 10 12 / см 2.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 они смогли отправить Паули телеграмму, в которой сообщалось, что нейтрино было найдено. [15] Когда Бете был проинформирован о том, что он ошибался, он сказал: «Ну, не стоит верить всему, что вы читаете в газетах». [13]

Сверхновая SN1987A (яркий объект в центре), как видно в 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 Университете Джорджа Вашингтона , положив конец их сотрудничеству. [3] На основе своей работы по первому обнаружению нейтрино , Райнес с 1959 по 1966 год возглавил физический факультет Западного резервного университета Кейса. В Кейсе он возглавлял группу, которая первой обнаружила нейтрино, образовавшиеся в атмосферу космическими лучами . [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 Роберта Шоу в выступлениях с Джорджем Сзеллом и Кливлендским оркестром . [17]

В 1966 году Райнес взял с собой большую часть своей исследовательской группы по нейтрино, когда уехал в новый Калифорнийский университет в Ирвине (UCI), став его первым деканом по физическим наукам. В UCI Райнес расширил исследовательские интересы некоторых своих аспирантов на разработку медицинских детекторов излучения , например, для измерения общего излучения, доставляемого всему человеческому телу при лучевой терапии . [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 нейтринных детекторов, назвав их «Системы раннего предупреждения о сверхновых». [17] В 1987 году нейтрино, испущенные сверхновой SN1987A, были обнаружены коллаборацией Ирвин-Мичиган-Брукхейвен (IMB), которая использовала черенковский детектор массой 8000 тонн, расположенный в соляной шахте недалеко от Кливленда . [2] Обычно детекторы регистрировали только несколько фоновых событий каждый день. Сверхновая всего за десять секунд зарегистрировала 19 событий. [13] Это открытие считается открытием области нейтринной астрономии . [2]

В 1995 году был удостоен Reines, наряду с Мартином Л. Perl с Нобелевской премии по физике за свою работу с Коуэн в первом обнаружении нейтрино. К сожалению, Коуэн умер в 1974 году, и Нобелевская премия не присуждена посмертно. [16] Reines также получил множество других наград, включая премию J. Robert Oppenheimer Мемориал в 1981 году [18] Национальной медалью науки в 1985 году Бруно Росси премии в 1989 году Премия Майкельсона-Морли в 1990 году, Панофский премии в 1992 г. и медалью Франклина в 1992 г. Он был избран членом Национальной академии наук.в 1980 г. и иностранный член Российской академии наук в 1994 г. [3] Он оставался деканом физических наук в UCI до 1974 г. и стал почетным профессором в 1988 г., но продолжал преподавать до 1991 г. и оставался на факультете UCI до его смерть. [19]

Смерть [ править ]

Зал Фредерика Рейнеса в Калифорнийском университете в Ирвине находится факультет физики и астрономии и часть факультета химии.

Рейнс умер после продолжительной болезни в Медицинском центре Ирвина в Калифорнийском университете в Ориндж, Калифорния , [1] 26 августа 1998 года [3]. У него остались жена и дети. [1] Его статьи находятся в библиотеках UCI. [20] Райнес Холл в UCI был назван в его честь. [21]

Публикации [ править ]

  • Reines, F. & CL Cowan, Jr. "Об обнаружении свободного нейтрино" , Лос-Аламосская национальная лаборатория (LANL) (через агентство-предшественник Лос-Аламосская научная лаборатория), Министерство энергетики США (через агентство-предшественник, Комиссию по атомной энергии) ), (6 августа 1953 г.).
  • Райнс, Ф., Коуэн, С.Л. младший, Картер, Р.Э., Вагнер, Дж. Дж. И М. Е. Вайман. «Сечение поглощения свободного антинейтрино. Часть I. Измерение сечения поглощения свободного антинейтрино. Часть II. Ожидаемое сечение по измерениям электронного спектра фрагментов деления» , Лос-Аламосская национальная лаборатория (LANL) (через агентство-предшественник Los Alamos Scientific Laboratory ), Министерство энергетики США (через предшествующее агентство - Комиссию по атомной энергии ) (июнь 1958 г.).
  • Райнес, Ф., Гурр, Х.С., Дженкинс, Т.Л. и Дж. Х. Манси. «Эксперименты с нейтрино на реакторах» , Калифорнийский университет в Ирвине , Университет Кейс Вестерн Резерв , Министерство энергетики США (через предшествующее агентство - Комиссию по атомной энергии ) (9 сентября 1968 года).
  • Робертс, А., Блад, Х., Обученный, Дж. И Ф. Рейнс. «Статус и цели проекта нейтрино DUMAND: океан как детектор нейтрино» , Национальная ускорительная лаборатория Ферми (FNAL), Министерство энергетики США (через предшествующее агентство - Управление энергетических исследований и разработок ), (июль 1976 г.).
  • Рейнес, Ф. (1991). Нейтрино и другие вопросы: избранные работы Фредерика Рейнеса . Тинек, штат Нью-Джерси: World Scientific. ISBN 978-981-02-0392-4.

Заметки [ править ]

  1. ^ a b c Уилфорд, Джон Ноубл (28 августа 1998 г.). «Фредерик Рейнес умирает в возрасте 80 лет; лауреат премии открыл нейтрино» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 18 февраля 2015 года .
  2. ^ a b c Шульц, Йонас; Собел, Хэнк. «Фредерик Рейнес и нейтрино» . Калифорнийский университет, Ирвинская школа физических наук . Архивировано из оригинального 20 февраля 2014 года.
  3. ^ Б с д е е г ч я J K L Кропп, Уильям; Шульц, Йонас; Собел, Генри (2009). Фредерик Райнес 1918-1998 Биографические воспоминания (PDF) . Вашингтон, округ Колумбия: Национальная академия наук . Проверено 17 марта 2010 года .
  4. ^ a b c d e f g h i j "Нобелевская премия по физике 1995" . Нобелевский фонд . Проверено 23 марта 2012 года .
  5. ^ a b c Папа, Дженнароз (25 марта 2012 г.). «Мост неспокойного бульвара Кеннеди». Репортер Юнион-Сити . п. 12.
  6. ^ "Ядерное деление и жидко-капельная модель ядра" . Нью-Йоркский университет . Проверено 18 февраля 2015 года .
  7. ^ Настоящее, RD; Reines, F .; Книпп, Дж. К. (октябрь 1946 г.). «Модель жидкой капли для деления ядер». Физический обзор . 70 (7–8): 557–558. Полномочный код : 1946PhRv ... 70..557P . DOI : 10.1103 / PhysRev.70.557.2 . hdl : 2027 / mdp.39015086430553 . PMID 18880816 . 
  8. ^ Truslow & Smith 1961 , стр. 56-59.
  9. ↑ Close 2012 , pp. 15–18.
  10. ^ Ферми, Э. (1968). Уилсон, Фред Л. (пер.). "Теория бета-распада Ферми" . Американский журнал физики . 36 (12): 1150–1160. Bibcode : 1968AmJPh..36.1150W . DOI : 10.1119 / 1.1974382 . Проверено 20 января 2013 года .
  11. ↑ Close 2012 , pp. 22–25.
  12. ^ Бете, H .; Пайерлс, Р. (7 апреля 1934 г.). «Нейтрино» . Природа . 133 (3362): 532. Bibcode : 1934Natur.133..532B . DOI : 10.1038 / 133532a0 . ISSN 0028-0836 . S2CID 4001646 .  
  13. ^ a b c d e Рейнс, Фредерик (8 декабря 1995 г.). «Нейтрино: от полтергейста к частицам» (PDF) . Нобелевский фонд . Проверено 20 февраля 2015 года . Лекция о Нобелевской премии
  14. ^ a b c Любкин, Глория Б. (1995). «Нобелевская премия по физике достается Фредерику Райнесу за обнаружение нейтрино» (PDF) . Физика сегодня . 48 (12): 17–19. Bibcode : 1995PhT .... 48l..17L . DOI : 10.1063 / 1.2808286 . ISSN 0031-9228 . Архивировано из оригинального (PDF) 17 декабря 2008 года.  
  15. ↑ Close 2012 , pp. 37–41.
  16. ^ a b Close 2012 , p. 42.
  17. ^ a b c "In Memoriam, 1998. Фредерик Рейнс, Физика; Радиологические науки: Ирвин" . Калифорнийский университет . Проверено 19 февраля 2015 года .
  18. ^ "Фредерик Рейнс выигрывает Приз Оппенгеймера". Физика сегодня . 34 (5): 94. Май 1981 г. Bibcode : 1981PhT .... 34R..94. . DOI : 10.1063 / 1.2914589 .
  19. ^ "Кончина Фредерика Райнеса, лауреата Нобелевской премии по физике в 1995 году" . Калифорнийский университет в Ирвине . Архивировано из оригинала на 2 ноября 2013 года .
  20. ^ "Путеводитель по бумагам Фредерика Рейнса" . Проверено 18 февраля 2015 года - через Калифорнийской цифровой библиотеки .
  21. ↑ Бенджамин, Мариса. "Зал Фредерика Рейнса в Калифорнийском университете в Ирвине" . About.com . Проверено 18 февраля 2015 года .

Ссылки [ править ]

  • Клоуз, Фрэнк Э. (2012). Нейтрино . Оксфорд: Издательство Оксфордского университета. ISBN 9780199574599. OCLC  840096946 .
  • Траслоу, Эдит С .; Смит, Ральф Карлайл (1961). Manhattan история района, проект Y, история Лос - Аламос, Том II: август 1945 года по декабрь 1946 года . Лос-Анджелес: Tomash Publishers. ISBN 978-0-938228-08-0. Проверено 20 февраля 2014 года . Первоначально опубликовано как Los Alamos Report LAMS-2532

Внешние ссылки [ править ]

  • Путеводитель по бумагам Фредерика Рейнеса. Специальные коллекции и архивы, Библиотеки Калифорнийского университета в Ирвине, Ирвин, Калифорния.
  • Фредерик Райнес на Nobelprize.org, включая Нобелевскую лекцию, 8 декабря 1995 г. Нейтрино: от полтергейста к частицам