Войти
| Фредерик Райнс | |
|---|---|
 Фредерик Райнс | |
| Родился | (1918-03-16) 16 марта, 1918. Патерсон, Нью-Джерси |
| Умер | 26 августа 1998 (1998-08-26) (в возрасте 80 лет). Оранж, Калифорния |
| Гражданство | американец |
| Известна | Нейтрино |
| Супруг (ы) | Сильвия Сэмюэлс (м. 1940; 2 ребенка) |
| Награды |
|
| Научная карьера | |
| Сфера | Физика |
| Учреждения | |
| Диссертация | Ядерное деление и жидко-капельная модель ядра (1944) |
| Докторант | Ричард Д. Презент |
| Докторанты | Майкл К. Мо (1965) |
Фредерик Райнс (; 16 марта 1918 г. - 26 августа 1998 г.) был американским физиком. Он был удостоен Нобелевской премии по физике 1995 года за совместное обнаружение нейтрино с Клайдом Коуэном в нейтринном эксперименте. Возможно, он единственный ученый в истории, «так тесно связанный с открытием элементарной частицы и последующим тщательным исследованием ее фундаментальных свойств».
Выпускник Института Стивенса of Technology и Нью-Йоркский университет, Рейнс присоединился к Manhattan Project в лаборатории Лос-Аламоса в 1944 году, работая в теоретическом отделе в Группа Ричарда Фейнмана. Он стал там лидером 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, работая на участках Хэнфорд и Ривер Саванна, Райнес 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 и взаимодействий нейтрино, и эта работа повлияет 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 нейтринной астрономии.
Фредерик Райнс родился в Патерсоне, штат Нью-Джерси, он был одним из четырех детей Гасси (Коэн) и Исраэля Рейнса. Его родители были еврейскими эмигрантами из того же города в России, но встретились 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 Якова Рейнеса, основателя Мизрахи, религиозного сионистского движения.
Семья переехала в Хиллберн, Нью-Йорк, где его отец управлял универсальным магазином, и он провел большую часть своего детства. Он был орел-разведчиком. Оглядываясь назад, Рейнс сказал: «Мои воспоминания из раннего детства сосредоточены вокруг типичного американского загородного магазина и жизни в маленьком американском городке, включая празднование Дня независимости июля, отмеченных фейерверками и патриотической музыкой, играемой с эстрады в павильоне».
Райнес пел и в хоре, и в качестве солиста. Какое-то время он рассматривал возможность карьеры певца, и его инструктировал вокальный тренер из Метрополитен-опера, который давал уроки бесплатно, потому что у семьи не было на них денег. Позже семья переехала в Северный Берген, штат Нью-Джерси, проживая на бульваре Кеннеди и 57-й улице. Поскольку в Северном Бергене не было средней школы, он учился в Средней школе Юнион-Хилл в Юнион-Хилл, Нью-Джерси (сегодня Юнион-Сити, Нью-Джерси ), из который он окончил в 1935 году.
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 я смотрел в сумерки из окна через руку, согнутую для имитации телескоп, я заметил кое-что особенное в свете; это было явление дифракции. Это положило начало моему увлечению светом.
По иронии судьбы, Райнес преуспел в литературных и исторических курсах, но получил средние или низкие оценки по естествознанию и математике в его первом году средней школы, хотя он улучшился в эти области к его младшему и старшему годам 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».
Рейнес был принят в Массачусетский технологический институт, но вместо этого предпочел поступить в Технологический институт Стивенса в Хобокен, Нью-Джерси, где получил степень бакалавра наук (BS) в машиностроение в 1939 году и его степень магистра наук (MS) по математической физике в 1941 году, когда он написал диссертацию на тему «Критический обзор теории оптической дифракции». Он женился на Сильвии Сэмюэлс 30 августа 1940 года. У них было двое детей, Роберт и Алиса. Затем он поступил в Нью-Йоркский университет, где в 1944 году получил степень доктора философии (Ph.D.). Там он изучал космические лучи, но писал его диссертация под руководством Ричарда Д. Презента на тему «Ядерное деление и жидкокапельная модель ядра». Публикация диссертации была отложена до окончания Второй мировой войны ; он появился в Physical Review в 1946 году.
Operation Greenhouse - Dog shot В 1944 году Ричард Фейнман нанял Райнса для работы в Теоретический отдел Манхэттенского проекта в лаборатории Лос-Аламоса, где он останется в течение следующих пятнадцати лет. Он присоединился к группе Фейнмана Т-4 (проблемы диффузии), которая входила в состав Т (теоретического) отдела Ганса Бете. Диффузия была важным аспектом расчетов критической массы. В июне 1946 года он стал руководителем группы, возглавив группу Т-1 (Теория дракона). Результатом эксперимента «пощекотать хвост Дракона », Дракон был машиной, которая могла достигать критического состояния на короткие промежутки времени, которую можно было использовать в качестве инструмента исследования или источника энергии.
Рейнес участвовал в ряде ядерных испытаний и писал отчеты об их результатах. К ним относятся операция «Перекресток» на атолле Бикини в 1946 году, операция «Песчаник» на атолле Эниветок в 1948 году и операция «Рейнджер» и Операция Бастер-Джангл на испытательном полигоне в Неваде. В 1951 году он был директором Operation Greenhouse серии ядерных испытаний в Тихом океане. Так были проведены первые американские испытания оружия ядерного деления, 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.
, несмотря на то, что он Участие в этих ядерных испытаниях, Райнес был обеспокоен опасностями радиоактивного загрязнения в результате ядерных испытаний атмосферы и стал сторонником подземных ядерных испытаний. После кризиса со спутником он участвовал в Джоне Арчибальде Уилере в проекте 137, который превратился в ДЖЕЙСОН. Он также был делегатом на конференции Атом для мира в Женеве в 1958 году.
нейтрино - это субатомная частица, впервые предложенная Вольфгангом Паули 4 декабря 1930 года. Эта частица была необходима для решения проблемы недостающей энергии при наблюдениях бета-распада, когда нейтрон распадается 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 нейтрино», и в 1934 году предложил свою теорию бета-распада, согласно которой электроны испускаются из ядро были созданы в результате распада нейтрона на протон, электрон и нейтрино:
Нейтрино объясняло недостающую энергию, но теория Ферми описывала частицу с небольшой массой и без электрического заряда, что казалось невозможным наблюдать прямо. В статье 1934 года Рудольф Пайерлс и Ганс Бете подсчитали, что нейтрино могут легко проходить через Землю, и пришли к выводу, что «практически не существует способа наблюдения нейтрино»
.В 1951 году Райнс и его коллега Клайд Коуэн решили посмотреть, смогут ли они обнаружить нейтрино и таким образом доказать их существование. По завершении серии испытаний в теплице Рейнес получил разрешение от главы T-подразделения Дж. Карсон Марк, в отпуск для изучения фундаментальной физики. "Так почему же мы хотели обнаружить свободное нейтрино?" он позже объяснил: «Потому что все говорили, что вы не можете этого сделать».
Согласно теории Ферми, была также соответствующая обратная реакция, в которой нейтрино соединяется с протоном, чтобы создать нейтрон и позитрон :
Позитрон вскоре аннигилирует электроном и испускает два гамма-кванта 0,51 МэВ , в то время как нейтрон захватывается протоном и испускает гамма-излучение 2,2 МэВ. Это создаст отличительную подпись, которую можно будет обнаружить. Затем они поняли, что, добавляя соль кадмия в свой жидкий сцинтиллятор, они могут усилить реакцию захвата нейтронов, что приведет к всплеску гамма-излучения 9 МэВ. В качестве источника нейтрино они предложили использовать атомную бомбу. Разрешение на это было получено от директора лаборатории Норриса Брэдбери. Начались работы по рытью шахты для эксперимента, когда их убедили 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.
В 1953 году они сделали свои первые попытки использовать один из больших реакторов на 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 фотоумножителей трубок, 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 Саванна-Ривер, которые испускали высокий поток нейтрино 1,2 х 10 / см сек. У них также было удобное, хорошо защищенное место в 11 метрах (36 футов) от реактора и в 12 метрах (39 футов) под землей. 14 июня 1956 года им удалось отправить Паули телеграмму, в которой сообщалось, что нейтрино найдено. Когда Бете был проинформирован о том, что он ошибся, он сказал: «Ну, вы не должны верить всему, что читаете в газетах».
Сверхновая SN1987A (яркий объект в центре), как видно 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. Коуэн покинул Лос-Аламос в 1957 году, чтобы преподавать в Университете Джорджа Вашингтона, положив конец их сотрудничеству. Основываясь на своей работе по первому обнаружению нейтрино, Райнес стал руководителем физического факультета Западного резервного университета Кейса с 1959 по 1966 год. В Кейс он возглавлял группу, которая был первым, кто обнаружил нейтрино, создаваемые в атмосфере космическими лучами. 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 Кливлендский оркестр.
В 1966 году Райнес взял с собой большую часть своей исследовательской группы по нейтрино, когда уехал в новый Калифорнийский университет в Ирвине (UCI), став первым деканом факультета физических наук.. В UCI Райнес расширил исследовательские интересы некоторых своих аспирантов на разработку медицинских детекторов излучения, например, для измерения общего излучения, доставляемого всему человеческому телу, в лучевой терапии.
Рейнес подготовился к возможности измерения отдаленных событий взрыва сверхновой. Взрывы сверхновых - редкость, но Райнс подумал, что ему, возможно, посчастливится увидеть такую при жизни и уловить потоки нейтрино с помощью своих специально разработанных детекторов. Ожидая взрыва сверхновой, он поместил знаки на некоторые из своих больших нейтринных детекторов, назвав их «Системы раннего предупреждения о сверхновых». В 1987 году нейтрино, испущенные сверхновой SN1987A, были обнаружены коллаборацией Ирвин-Мичиган-Брукхейвен (IMB), которая использовала 8000-тонный черенковский детектор, расположенный в соляная шахта около Кливленда. Обычно детекторы регистрировали только несколько фоновых событий каждый день. Сверхновая всего за десять секунд зарегистрировала 19 событий. Это открытие считается началом нейтринной астрономии.
В 1995 году Райнес был удостоен, наряду с Мартином Л. Перлом, Нобелевской премией по физике за его работать с Коуэном в первом обнаружении нейтрино. К сожалению, Коуэн умер в 1974 году, и Нобелевская премия не присуждена посмертно. Райнес также получил множество других наград, в том числе J. Мемориальная премия Роберта Оппенгеймера в 1981 г., Национальная медаль науки в 1985 г., премия Бруно Росси в 1989 г., премия Майкельсона-Морли в 1990 г., Премией Панофского в 1992 г. и Медалью Франклина в 1992 г. Он был избран членом Национальной Академии Наук в 1980 г. и иностранным членом Российской Академии Наук в 1994 г. Он оставался деканом факультета физических наук в UCI до 1974 г. и стал заслуженным профессором в 1988 г., но продолжал преподавать до 1991 г. и оставался в UCI.
Фредерик Рейнс Холл в Калифорнийском университете, в Ирвине находится факультет физики и астрономии и часть химического факультета. Рейнс умер после долгой болезни в Калифорнийский университет, Медицинский центр Ирвина в Ориндж, Калифорния, 26 августа 1998 года. У него остались жена и дети. Его статьи находятся в библиотеках UCI. В его честь был назван зал Рейнса в Калифорнийском университете.
Первоначально опубликовано как Los Alamos Report LAMS-2532
 | На Викискладе есть средства массовой информации, связанные с Frederick Reines. |
, включая Нобелевскую лекцию, 8 декабря 1995 г. Нейтрино: от полтергейста к частицам