Герберт Хва-сен Чен ( кит . :陈华生) (16 марта 1942 - 7 ноября 1987) был физиком-теоретиком и экспериментатором в Калифорнийском университете в Ирвине, известным своим вкладом в области обнаружения нейтрино . Работа Чена по наблюдениям упругого нейтрино - электронное рассеяние при условии , важной экспериментальной поддержки теории электрослабого взаимодействия в стандартной модели физики элементарных частиц. [1] В 1984 году Чен понял, что дейтерий тяжелой воды можно использовать в качестве детектора, который будет различать ароматы солнечных нейтрино .[2] Эта идея привела Чена к разработке планов для нейтринной обсерватории Садбери , которая в конечном итоге должна была провести фундаментальные измерения, демонстрирующие, что нейтрино были частицами с массой.
Герберт Хва-сен Чен | |
---|---|
Родившийся | |
Умер | 7 ноября 1987 г. | (45 лет)
Национальность | США |
Альма-матер | Калифорнийский технологический институт (BS), Принстонский университет (PhD) |
Супруг (а) | Кэтрин Ли (1969 - 1987) |
Научная карьера | |
Поля | Физика частиц |
Учреждения | Калифорнийский университет в Ирвине |
Тезис | Электромагнитное моделирование нарушения обращения времени (1968 г.) |
Докторант | Сэм Трейман |
Образование и ранняя жизнь
Чэнь родился в 1942 году в Чункине , Китай. Его раннее детство было нестабильным и небезопасным во время войны. Он иммигрировал в Соединенные Штаты со своей семьей в 1955 году [3] под Эйзенхауэр Закон о беженцах помощи 1953 года [4] Он окончил среднюю школу из Кушинга академии , штат Массачусетс в 1960 г. [3] С образование поддерживается почти полностью стипендиях, он впоследствии получил степень бакалавра наук степень в области физики из Калифорнийского технологического института в 1964 году [4] Чен затем получил свою докторскую степень в области теоретической физики из Принстонского университета в 1968 году, написал диссертацию на тему «Электромагнитные моделирование нарушения обращения времени» под наблюдение Сэма Треймана . [5] [6]
Чен присоединился к недавно сформированному физическому факультету Калифорнийского университета в Ирвине в качестве постдокторанта-теоретика в 1968 году. [7] [8] Он был одним из первых участников группы нейтрино Фредерика Рейнса . Рейнес работал в военном Манхэттенском проекте и открыл нейтрино в 1956 году, что принесло ему Нобелевскую премию в 1995 году [9], а также помог основать новый университет в Ирвине в 1966 году. [8] Хотя он получил образование в области теоретической физики. Чен начал долгосрочную экспериментальную программу по разработке методов измерения свойств нейтрино. [7]
Чен был назначен доцентом физики в Калифорнийском университете в Ирвине в 1974 г. [10] и профессором физики в 1980 г. [11]
Физика нейтрино в LAMPF
Чен начал программу исследований по использованию плотного потока нейтрино, созданного в Лос-Аламосском центре физики мезонов (LAMPF), который теперь называется Лос-Аламосским центром нейтронной науки . В то время как ускоритель LAMPF был разработан в первую очередь для ускорения высокоинтенсивного пучка протонов до энергий, достаточно высоких для образования несвязанных пионов , побочными продуктами работы LAMPF были интенсивные импульсы нейтрино с кинетической энергией от 10 до 55 миллионов электрон-вольт (МэВ). [12] В 1971 году, еще до начала работы LAMPF, К. Ланде, Ф. Рейнес и другие, включая Чена, предложили использовать эти нейтрино. [12] [13] К 1981 году Чен был председателем рабочей группы по нейтринным установкам и Технического консультативного совета группы пользователей LAMPF. [14]
Одним из направлений работы Чена в LAMPF был эксперимент E-225, начатый в 1975 году и возглавляемый Ченом, по измерению электронного нейтрино-электронного упругого рассеяния.
ν
е +
е-
→
ν
е +
е-
. [12]
Это, казалось бы, простое взаимодействие на самом деле является слабым силовым взаимодействием, опосредованным либо нейтральным
Z0
или заряженный
W+
,
W-
бозоны слабого взаимодействия . [15] В последнем взаимодействии электрон превращается в нейтрино (и наоборот) посредством обмена виртуальными частицами. Таким образом, измерение упругого рассеяния было средством определения свойств бозонов, впервые обнаруженных в лаборатории физики элементарных частиц ЦЕРН в 1983 году. Измерения этого сечения, окончательные результаты, опубликованные в 1993 году, полностью согласуются с предсказаниями Стандартной модели . Подтвердив квантово-механические интерференционные эффекты двух режимов взаимодействия, эксперимент LAMPF E-225 стал важной проверкой теории Стандартной модели. [1]
Временная проекционная камера с жидким аргоном
В 1976 году Чен с сотрудниками из Калифорнийского университета в Ирвине и Калифорнийского технологического института предложил одно из первых применений жидкого аргона в проекционной камере (TPC с жидким аргоном). [16] [17] Это предложение не зависело и почти одновременно с предложением Карло Руббиа сконструировать такое устройство в ЦЕРНе для экспериментов по физике редких частиц. [18] Первоначальной целью Чена с таким детектором было изучение нейтринно-электронного рассеяния, но цели эволюционировали для измерения солнечных или космических нейтрино или распада протона. [16] [18] [19]
Вычисления для физики элементарных частиц по сети
В 1984 году Чен возглавил специальный комитет, спонсируемый Национальным научным фондом (NSF), чтобы изучить проблему того, как физики элементарных частиц могут получить удаленный доступ к нескольким суперкомпьютерным центрам NSF в Соединенных Штатах для своих вычислений. [20] Как описывает Джон Крамер , профессор физики Вашингтонского университета в Сиэтле , окончательный отчет комитета был составлен Ченом. Представленный отчет способствовал действиям Конгресса, спонсируемым сенатором Элом Гором . В конце концов, пять новых суперкомпьютерных центров NSF в США были созданы с помощью NSFNET, предназначенной для подключения их к университетам и другим пользователям. [20] Вскоре NSFNET была объединена с ARPANET , и эта сеть в конечном итоге стала Интернетом .
Проблема солнечных нейтрино
Солнце осуществляет ядерный синтез посредством протон-протонной цепной реакции , которая превращает четыре протона в альфа-частицы , нейтрино , позитроны и энергию. [21] Энергия процесса синтеза высвобождается в форме электромагнитного излучения, гамма-лучей и кинетической энергии как заряженных частиц, так и нейтрино. Нейтрино перемещаются от ядра Солнца к Земле без какого-либо заметного поглощения внешними слоями Солнца. Ожидаемое количество солнечных нейтрино, прибывающих на Землю, можно рассчитать с помощью стандартной солнечной модели . [21] Модель дает подробный отчет о внутренней работе Солнца.
В конце 1960-х Рэй Дэвис и Джон Н. Бахколл разработали эксперимент Хоумстейк для измерения потока нейтрино от Солнца. На золотом руднике Хоумстейк в Лиде, Южная Дакота , Дэвис разместил под землей резервуар с перхлорэтиленом объемом 380 кубических метров (100 000 галлонов) на глубине 1478 метров (4850 футов) в качестве нейтринной цели. В эксперименте будет измеряться взаимодействие нейтрино с хлором , поскольку перхлорэтилен - обычная жидкость для химической чистки, богатая этим элементом. Требовалась цель глубоко под землей, чтобы уменьшить шум от космических лучей, в то время как цель была нужна, так как вероятность успешного захвата нейтрино была очень мала. Ожидалась очень низкая эффективная скорость обнаружения даже при огромной массе цели. В эксперименте было измерено гораздо меньше нейтринных взаимодействий, чем ожидалось, что указывает на дефицит нейтринного потока. Многие последующие радиохимические и водяные черенковские детекторы подтвердили дефицит, который стал известен как проблема солнечных нейтрино. Результат, казалось, означал, что нейтрино меняли свои свойства, когда они путешествовали от Солнца к Земле.
В 2002 году Рэй Дэвис и Масатоши Кошиба выиграли часть Нобелевской премии по физике за экспериментальную работу, в ходе которой было обнаружено, что количество солнечных нейтрино составляет примерно треть от числа, предсказываемого стандартной солнечной моделью. [22]
Тяжелая вода для детектора нейтрино
В 1984 году Чен предложил использовать большой детектор тяжелой воды в качестве средства наблюдения нейтрино от Солнца, чтобы решить проблему солнечных нейтрино. [2] [23] Использование дейтерия в тяжелой воде имело свойство, заключающееся в том, что нейтринные взаимодействия могли наблюдаться посредством реакций как нейтрального, так и заряженного тока :
ν
+ d + →
ν
+
п+
+
п
(ток нейтрали)
ν
е+ d + →
е-
+
п+
+
п+
(заряженный ток)
где слева
ν
,
ν
е, и d относятся к обычному нейтрино, электронному нейтрино и дейтерию соответственно, а справа
п+
,
п
, а также
е-
относятся к протону, нейтрону и электрону. [24] [25] Указаны их электрические заряды. Есть три разных типа или аромата нейтрино: электронное, мюонное или тау . В реакции с нейтральным током участвуют все типы нейтрино, в то время как в реакции с заряженным током участвуют только типы электронных нейтрино. Заряженный ток опосредуется заряженным
W+
а также
W-
бозонов, а нейтральный ток опосредуется нейтральными
Z0
. Вышеуказанные реакции можно различить в детекторе по их различным свойствам, например, гамма-излучение от захвата нейтрона в первой реакции и черенковское излучение электрона во второй реакции. Относительные скорости этих реакций были бы очень разными, если бы нейтрино меняли или не меняли аромат, когда они путешествовали от Солнца к Земле.
Чен и другие сформировали исследовательскую группу, которая разработала Нейтринную обсерваторию Садбери (SNO), чтобы реализовать идею его основополагающей статьи. [2] [26] Обсерватория должна была быть расположена на 2100 м под землей в никелевом руднике недалеко от Садбери , Онтарио , Канада . Чен был руководителем и представителем этого проекта в США, а Джордж Эван руководил канадской командой. [2] [27] В то время как одним из направлений исследований был вопрос о солнечных нейтрино, использование термина «Обсерватория» было подчеркнуто намерением использовать установку для регистрации импульсов нейтрино, производимых астрономическими событиями, нейтринной астрономией . [28] Аргумент астрономической обсерватории оказался убедительным после того, как в феврале 1987 года были обнаружены нейтринные вспышки от сверхновой SN 1987A . [29] Первоначальной проблемой, которую решал Чен и его сотрудничество, было получение 1000 тонн тяжелой воды у канадской ядерной энергетической компании Atomic Energy. of Canada Limited , который будет использоваться в качестве детектора. [2] Основная проблема с наблюдениями нейтрино заключается в том, что вероятность взаимодействия настолько мала, что требуется огромное количество возможных мишеней, чтобы иметь возможность наблюдать небольшое количество взаимодействий, которые происходят.
Смерть
На этапе интенсивного планирования и разработки SNO Чену был поставлен диагноз лейкемия . После годичной борьбы с болезнью Чен умер в ноябре 1987 года. [4] В январе 1988 года в Калифорнийском университете в Ирвине был проведен симпозиум по физике нейтрино, посвященный вкладу Чена, модератором которого был Фредерик Райнес. С основным докладом был лауреат Нобелевской премии и астрофизик Уильям Фаулер , который провел дискуссию на тему «Херб Чен и солнечные нейтрино». [30]
Калифорнийский университет в Ирвине по физическим наукам учредил премию Герберта Х. Чена, «присуждаемую выдающемуся студенту-физику младшего уровня». [31]
Нейтринная обсерватория Садбери
Нейтринная обсерватория Садбери была завершена в 1990-х годах, и ее первым директором был соратник Чена Артур Б. Макдональд . [2] [32] [33] Наблюдения SNO продемонстрируют, что нейтрино колеблются между ароматами нейтрино (электронными, мюонными и тау), тем самым демонстрируя, что нейтрино не было безмассовым. [28] За это фундаментальное открытие в физике, Макдональд и Сотрудничество с нейтринной обсерваторией Садбери были удостоены Нобелевской премии по физике 2015 года совместно с японским физиком Такааки Кадзита и сотрудниками Super-Kamiokande Collaboration. [34]
Смотрите также
- Проблема солнечных нейтрино
- Фредерик Райнес
- Колебания нейтрино
- SN 1987A
- Нейтринная астрономия
- Ирвин-Мичиган-Брукхейвенская детектор
Рекомендации
- ^ a b Зубер, К. (2004). Физика нейтрино . Нью-Йорк, Лондон: Тейлор и Фрэнсис Групп. п. 56. ISBN 978-0-7503-0750-5.
- ^ а б в г д е Юэн, GT; Дэвидсон, У. Ф. (2005). «Раннее развитие подземной лаборатории SNO в Канаде» (PDF) . Физика в Канаде . 61 . С. 339–346, 347–350 . Проверено 13 декабря 2016 года .
- ^ а б «Херб Чен '60: новаторский вклад в исследования, удостоенные Нобелевской премии 2015 года» . Журнал Академии Кушинга: Кушинг вчера и сегодня . Академия Кушинга. Весна 2016 . Проверено 30 мая 2017 года .
- ^ а б в Bander, M .; Reines, F .; Шоу, Г. (1987). "Герберт Х. Чен, Физика: Ирвин" . In Memoriam . Калифорнийский университет . Проверено 13 октября 2015 года .
- ^ «Электромагнитное моделирование нарушения обращения времени» . Принстонский университет . Проверено 25 января 2017 года .
- ^ Чен, HH (1969). «Электромагнитное моделирование нарушения обращения времени в бета-распадах зеркального спина-3/2». Физический обзор . 185 (5): 2003–2006. Bibcode : 1969PhRv..185.2003C . DOI : 10.1103 / PhysRev.185.2003 .
- ^ а б Allen, R .; Doe, P .; Рейнес, Ф. (1988). "Герберт Х. Чен (Некролог)". Физика сегодня . 4 (9): 128. Bibcode : 1988PhT .... 41i.128A . DOI : 10.1063 / 1.2811575 .
- ^ а б Kropp, W .; Schultz, J .; Собель, Х. (2009). Фредерик Райнес 1918-1998 Биографические воспоминания (PDF) . Вашингтон, округ Колумбия: Национальная академия наук . Проверено 17 марта 2010 года .
- ^ Райнес, Фредерик (8 декабря 1995 г.). «Нейтрино: от полтергейста к частицам» (PDF) . Нобелевский фонд . Проверено 20 февраля 2015 года .
Лекция о Нобелевской премии
- ^ «Назначения и продвижение по службе: Ирвин: до доцента или эквивалент». Бюллетень университета: публикация для преподавателей и сотрудников Калифорнийского университета . Калифорнийский университет. 16 декабря 1974 г. Отсутствует или пусто
|url=
( справка ) - ^ "Калифорнийский университет, Ирвин, 1980-81 Общий каталог" (PDF) . Кафедра физики . 1980 . Проверено 6 июня 2017 года .
- ^ а б в Гарви, Г. (1997). «Краткая история экспериментов с нейтрино в LAMPF» . Лос-Аламосская наука . 25 : 8 с . Проверено 21 января 2017 года .
- ^ Lande, K .; Рейнес, Ф. (1971). "Предложение по установке нейтрино LAMPF" . Отчет Лос-Аламосской научной лаборатории . LA-4842-MS: 51 с . Проверено 21 января 2017 года .
- ^ Кокран, DRF (1982). «Протоколы пятнадцатого собрания группы пользователей LAMPF» . Труды группы пользователей LAMPF, Национальная лаборатория Лос-Аламос, Нью-Мексико (США) : 136 стр . Проверено 20 января 2017 года .
- ^ Allen, RC; Чен, ДХ; и другие. (1993). «Исследование упругого рассеяния электрон-нейтрино-электрон на LAMPF». Physical Review D . 47 (1): 11–28. Bibcode : 1993PhRvD..47 ... 11A . DOI : 10.1103 / PhysRevD.47.11 . PMID 10015375 .
- ^ а б Чен, ДХ; Кондон, ЧП; Бариш, Британская Колумбия; Sciulli, FJ (1976). "Детектор нейтрино, чувствительный к редким процессам. I. Исследование нейтринных электронных реакций" (PDF) . Национальная ускорительная лаборатория Ферми . Предложение P-496: 42 с . Проверено 28 января 2017 года .
- ^ Чен, ДХ; Латроп, Дж. Ф. (1978). «Наблюдение ионизации электронов, дрейфующих на большие расстояния в жидком аргоне». Ядерные приборы и методы в физических исследованиях . 150 (3): 585–588. Bibcode : 1978NucIM.150..585C . DOI : 10.1016 / 0029-554x (78) 90132-5 .
- ^ а б Док, Т. (1993). «Исторический взгляд на исследования и разработки для детекторов жидких инертных газов». Ядерные приборы и методы в физических исследованиях . А327 (1): 113–118. Bibcode : 1993NIMPA.327..113D . DOI : 10.1016 / 0168-9002 (93) 91423-K .
- ^ «Временной проекционной камере исполняется 25 лет» . ЦЕРН: Курьер ЦЕРН . 27 декабря 2004 . Проверено 29 января 2017 года .
- ^ а б Крамер, JG (2013). «Как мы с Элом Гором изобрели Интернет» . Аналоговая научная фантастика и факты . Март, колонка альтернативных мнений, AV-166: 113–118 . Проверено 28 января 2017 года .
- ^ а б Серенелли, А. (2008). «Стандартные модели Солнца». В Солере, FJP; Froggatt, CD; Мухейм, Ф. (ред.). Нейтрино в физике элементарных частиц, астрофизике и космологии . Бока-Ратон, Флорида: CRC Press. п. 119. ISBN 9781420082395.
- ^ «Нобелевская премия по физике 2002 г.» . Проверено 18 июля 2006 года .
- ^ McDonald, AB; Klein, JR; Уорк, DL (2003). «Решение проблемы солнечного нейтрино». Scientific American . 288 (4): 40–49. Bibcode : 2003SciAm.288d..40M . DOI : 10.1038 / Scientificamerican0403-40 . PMID 12661314 .
- ^ Чен, HH (1985). "Солнечные нейтрино и нейтринная астрономия (Хоумстейк, 1984)". AIP Conf. Proc . 126 : 249–276. DOI : 10.1063 / 1.35156 .
- ^ Чен, HH (1985). «Прямой подход к решению проблемы солнечных нейтрино». Phys. Rev. Lett. 55 (14): 1534–1536. Bibcode : 1985PhRvL..55.1534C . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.55.1534 . PMID 10031848 .
- ^ Sinclair, D .; Картер, Алабама; Кесслер, Д .; и другие. (1986). «Предложение построить нейтринную обсерваторию в Садбери, Канада». Il Nuovo Cimento С . 9 (2): 308–317. Bibcode : 1986NCimC ... 9..308S . DOI : 10.1007 / BF02514850 . S2CID 122544471 .
- ^ Чен, ДХ; для коллаборации с нейтринной обсерваторией Садбери (1988 г.). "Нейтринная обсерватория Садбери: исследования нейтрино Солнца и сверхновых с помощью большого черенковского детектора тяжелой воды" . Ядерные приборы и методы в физических исследованиях . A264 (1): 48–54. Bibcode : 1988NIMPA.264 ... 48С . DOI : 10.1016 / 0168-9002 (88) 91101-1 .
- ^ а б «Нейтринная обсерватория Садбери - взгляд Канады на Вселенную» . ЦЕРН: Курьер ЦЕРН. 4 декабря 2001 . Проверено 15 декабря 2016 года .
- ^ Арнетт, WD; и другие. (1989). «Сверхновая 1987А». Ежегодный обзор астрономии и астрофизики . 27 : 629–700. Bibcode : 1989ARA & A..27..629A . DOI : 10.1146 / annurev.aa.27.090189.003213 .
- ^ «Семинар UCI в честь работы Чена по нейтрино» . Лос-Анджелес Таймс . 31 декабря 1987 . Проверено 20 января 2017 года .
- ^ «Физические науки UCI, награды и награды» . Калифорнийский университет в Ирвине . Проверено 30 января 2017 года .
- ^ Boger, J .; и другие. (2000). "Нейтринная обсерватория Садбери" . Ядерные приборы и методы в физических исследованиях . A449 (1–2): 172–207. arXiv : nucl-ex / 9910016 . Bibcode : 2000NIMPA.449..172B . DOI : 10.1016 / S0168-9002 (99) 01469-2 .
- ^ «Интервью с Артуром Б. Макдональдом» . Архивировано из оригинала на 17 ноября 2007 года . Проверено 2 ноября 2007 года .
- ^ «Нобелевская премия по физике 2015 года» . Проверено 24 января 2017 года .
Внешние ссылки
- "Нейтринная обсерватория Садбери" . Проверено 13 октября 2015 года .
- 皎 轩 (10 сентября 2015 г.). «交大 科研 专家 解读 2015 诺贝尔 物理学 奖 含金量» [Интерпретация Нобелевской премии по физике 2015 г. исследователями Шанхайского университета Цзяотун]. Шеду Новости .
- HUGH EN CHEN (1901–1993) Неофициальное письмо с описанием семьи Херба Чена и иммиграции в США в 1955 году ( веб-сайт Китайской национальной авиационной корпорации ) (дата обращения 24.01.2017)