Джек Штайнбергер - Jack Steinberger

Джек Штайнбергер
Джек-Штайнбергер-2008.JPG
Штейнбергер в 2008 году
Родился
Ханс Якоб Штайнбергер

( 1921-05-25 )25 мая 1921 г.
Бад-Киссинген , Германия
Умер 12 декабря 2020 г. (99 лет)
Женева , Швейцария
Национальность Соединенные Штаты
Известен Открытие мюонного нейтрино
Супруг (а) Синтия Альфф; Джоан Борегар (1920-2009)
Дети 4, включая Джозефа, Неда , Джулию и Джона.
Награды Нобелевская премия по физике (1988),
Национальная медаль науки (1988),
Медаль Маттеуччи (1990)
Научная карьера
Поля Физика частиц
Учреждения Калифорнийский университет,
Колумбийский университет Беркли,
ЦЕРН
Тезис О пробеге электронов при распаде мезона.  (1949)
Академические консультанты Эдвард Теллер
Энрико Ферми
Известные студенты Мелвин Шварц
Эрик Л. Шварц
Теодор Модис
Дэвид Р. Нигрен

Джек Штайнбергер (родившийся Ганс Якоб Штайнбергер ; 25 мая 1921 - 12 декабря 2020) был американским физиком немецкого происхождения, известным своей работой с нейтрино , субатомными частицами, которые считаются элементарными составляющими материи. Он был лауреатом Нобелевской премии по физике 1988 года вместе с Леоном М. Ледерманом и Мелвином Шварцем за открытие мюонного нейтрино . За свою карьеру в качестве экспериментального физика элементарных частиц он занимал должности в Калифорнийском университете в Беркли , Колумбийском университете (1950–68) и ЦЕРНе (1968–86). Он также был получателем США Национальной медалью науки в 1988 году, а Маттеуччи медаль от итальянской Академии наук в 1990 году.

ранняя жизнь и образование

Штайнбергер родился в городе Бад-Киссинген в Баварии , Германия , 25 мая 1921 года. Подъем нацизма в Германии с его открытым антисемитизмом побудил его родителей, Людвига Лазаруса ( кантора и религиозного учителя) и Берту Мэй. Штейнбергера, чтобы выслать его из страны.

Штейнбергер эмигрировал в Соединенные Штаты в возрасте 13 лет, совершив трансатлантическое путешествие со своим братом Гербертом. Еврейские благотворительные организации в США организовали, чтобы Барнетт Фарролл заботился о нем, когда он был приемным ребенком. Штайнбергер учился в Средней школе Нью-Трир-Тауншип в Виннетке, штат Иллинойс . Он воссоединился со своими родителями и младшим братом в 1938 году.

Штейнбергер изучал химическую инженерию в Технологическом институте брони (ныне Технологический институт Иллинойса ), но ушел после того, как его стипендия закончилась, чтобы помочь пополнить доход своей семьи. В 1942 году он получил степень бакалавра химии в Чикагском университете . Вскоре после этого он присоединился к Корпусу связи в Массачусетском технологическом институте . С помощью GI Bill он вернулся в аспирантуру Чикагского университета в 1946 году, где учился у Эдварда Теллера и Энрико Ферми . Его докторская степень. диссертация была посвящена энергетическому спектру электронов, испускаемых при распаде мюона ; его результаты показали, что это был трехчастичный распад и предполагал участие в распаде двух нейтральных частиц (позже идентифицированных как электронное ( ) и мюонное ( ) нейтрино), а не одной.

Карьера

Раннее исследование

После получения докторской степени Стейнбергер в течение года учился в Институте перспективных исследований в Принстоне . В 1949 году он опубликовал расчет времени жизни нейтрального пиона , который предвосхитил изучение аномалий в квантовой теории поля.

После Принстон, в 1949 году, Штейнбергер пошел в радиационной лаборатории в Университете Калифорнии в Беркли , где он провел эксперимент , который продемонстрировал производство нейтральных пионов и их распад на фотонных пар. В этом эксперименте использовались синхротрон на 330 МэВ и недавно изобретенные сцинтилляционные счетчики. Несмотря на это и другие достижения, в 1950 году его попросили покинуть радиационную лабораторию в Беркли из-за его отказа подписать так называемую некоммунистическую присягу.

Стейнбергер принял должность преподавателя в Колумбийском университете в 1950 году. Недавно введенный в эксплуатацию мезонный пучок в Nevis Labs предоставил инструмент для нескольких важных экспериментов. Измерения сечения образования пионов на различных ядерных мишенях показали, что пион имеет нечетную четность. Прямое измерение образования пионов на мишени из жидкого водорода , которое тогда не было обычным инструментом, предоставило данные, необходимые для того, чтобы показать, что у пиона спин нулевой. Эта же мишень использовалась для наблюдения относительно редкого распада нейтральных пионов на фотон, электрон и позитрон . В аналогичном эксперименте измерялась разность масс заряженных и нейтральных пионов на основе угловой корреляции между нейтральными пионами, образующимися, когда отрицательный пион захватывается протоном в ядре водорода. В других важных экспериментах изучалась угловая корреляция между электрон-позитронными парами в распадах нейтральных пионов и был установлен редкий распад заряженного пиона на электрон и нейтрино; последнее потребовало использования пузырьковой камеры с жидким водородом .

Исследования странных частиц

В 1954–1955 годах Штейнбергер внес свой вклад в разработку пузырьковой камеры, построив 15-сантиметровое устройство для использования с космотроном в Брукхейвенской национальной лаборатории . В эксперименте использовался пионный пучок для создания пар адронов со странными кварками, чтобы выяснить загадочные свойства образования и распада этих частиц. В 1956 году он использовал 30-сантиметровую камеру, оборудованную тремя камерами, чтобы обнаружить нейтральный гиперон сигма и измерить его массу. Это наблюдение было важным для подтверждения существования симметрии аромата SU (3), которая предполагает существование странного кварка.

Важной характеристикой слабого взаимодействия является нарушение симметрии четности . Эта характеристика была установлена ​​путем измерения спинов и четностей многих гиперонов . Стейнбергер и его сотрудники выполнили несколько таких измерений с использованием больших (75 см) пузырьковых камер с жидким водородом и разделенных пучков адронов в Брукхейвене. Одним из примеров является измерение распределения инвариантной массы электрон-позитронных пар, образовавшихся при распаде гиперонов сигма-нуль на гипероны с лямбда-нулем .

Нейтрино и слабый нейтральный ток

В 1960-х годах акцент в изучении слабого взаимодействия сместился со странных частиц на нейтрино. Леон Ледерман, Штейнбергер и Шварц построили большие искровые камеры в Nevis Labs и в 1961 году подвергли их воздействию нейтрино, образующихся вместе с мюонами при распадах заряженных пионов и каонов. Они использовали синхротрон с переменным градиентом (AGS) в Брукхейвене и получили ряд убедительных событий, в которых рождались мюоны, но не электроны. Этот результат, за который они получили Нобелевскую премию в 1988 году, доказал существование типа нейтрино, связанного с мюоном, отличного от нейтрино, образующегося при бета-распаде.

Исследование нарушения CP

Нарушение CP ( зарядовое сопряжение и четность ) было создано в нейтральной системе каонной в 1964 году Штейнбергер признал , что феноменологическая эпсилон параметр ( ε ) , который количественно степень нарушения СРА может быть измерена в интерференционных явлениях (см нарушения CP). В сотрудничестве с Карло Руббиа он провел эксперимент, находясь в творческом отпуске в ЦЕРН в 1965 году, который убедительно продемонстрировал ожидаемый интерференционный эффект, а также точно измерил разницу в массах короткоживущих и долгоживущих нейтральных каонов.

Вернувшись в Соединенные Штаты, Стейнбергер провел эксперимент в Брукхейвене, чтобы наблюдать нарушение CP в полулептонных распадах нейтральных каонов. Асимметрия заряда напрямую связана с параметром эпсилон, который, таким образом, был точно измерен. Этот эксперимент также позволил вывести фазу эпсилон и подтвердил, что CPT является хорошей симметрией природы.

ЦЕРН

В 1968 году Штайнбергер покинул Колумбийский университет и стал директором департамента ЦЕРН . Он построил там эксперимент с использованием многопроволочных пропорциональных камер ( MWPC ), недавно изобретенных Жоржем Шарпаком . MWPC, дополненные микроэлектронными усилителями, позволяли записывать гораздо большие выборки событий. Несколько результатов для нейтральных каонов были получены и опубликованы в начале 1970-х годов, включая наблюдение редкого распада нейтрального каона на пару мюонов, временную зависимость асимметрии для полулептонных распадов и более точное измерение разность масс нейтральных каонов. Открылась новая эра в экспериментальной технике.

Эти новые методы оказались решающими для первой демонстрации прямого CP-нарушения . NA31 эксперимент в ЦЕРН был построен в начале 1980 - х годов с использованием CERN SPS 400 ГэВ протонный синхротрон . Помимо блоков MWPC и адронного калориметра, он был оснащен электромагнитным калориметром с жидким аргоном с исключительным пространственным и энергетическим разрешением. NA31 показал, что прямое CP-нарушение реально.

Стейнбергер работал над экспериментом ALEPH на Большом электрон-позитронном коллайдере (LEP), где он выступал в качестве докладчика эксперимента. Одним из первых достижений эксперимента ALEPH было точное измерение числа семейств лептонов и кварков в Стандартной модели посредством измерения распадов Z-бозона .

Он ушел из ЦЕРНа в 1986 году и стал профессором в Scuola Normale Superiore di Pisa в Италии. Он продолжал сотрудничать с лабораторией ЦЕРН, когда ему было за 90.

Нобелевская премия

Штейнбергер был удостоен Нобелевской премии по физике в 1988 г. «за метод нейтринного пучка и демонстрацию дублетной структуры лептонов посредством открытия мюонного нейтрино». Он разделил приз с Леоном М. Ледерманом и Мелвином Шварцем ; на момент исследования все три экспериментатора работали в Колумбийском университете .

В эксперименте использовались заряженные пионные пучки, полученные с помощью синхротрона с переменным градиентом в Брукхейвенской национальной лаборатории . Пионы распались на мюоны, которые были обнаружены перед стальной стенкой; эти нейтрино были обнаружены в искровых камерах , установленных за стеной. Совпадение мюонов и нейтрино продемонстрировало, что второй вид нейтрино был создан в связи с мюонами. Последующие эксперименты показали, что это нейтрино отличается от нейтрино первого рода (электронного типа). Штайнбергер, Ледерман и Шварц опубликовали свою работу в Physical Review Letters в 1962 году.

Он вручил свою Нобелевскую медаль средней школе Нью-Трир в Виннетке, штат Иллинойс (США), где он был выпускником.

Он также был награжден Национальной медалью науки в 1988 году тогдашним президентом США Рональдом Рейганом и был награжден медалью Маттеуччи в 1990 году Итальянской академией наук .

Избранные публикации

Личная жизнь

Первый брак Штейнбергера с Джоан Борегар закончился разводом, после которого он женился на своей бывшей студентке и биологе Синтии Альфф. У него было четверо детей, по два от каждого брака. Его сын Нед Штайнбергер - основатель одноименной компании по производству безголовых гитар и бас-гитар, а его дочь Джулия Штайнбергер - экономист-эколог в Лозаннском университете . Как атеист и гуманист , Штейнбергер был лауреатом гуманистической премии Международной академии гуманизма . По его собственным словам, он увлекался теннисом, альпинизмом и парусным спортом.

В 80-е годы Штайнбергер возобновил отношения со своим родным городом Бад-Киссинген. С тех пор он часто бывал в Бад-Киссингене. Школа, в которой он учился, в 2001 году получила название Jack-Steinberger-Gymnasium . В 2006 году Штайнбергер стал почетным гражданином Бад-Киссингена. «Я чувствую себя желанным гостем в Бад-Киссингене. Это мой родной город, и я вырос там. Теперь я снова чувствую себя немцем», - сказал он баварской телекомпании Bayerischer Rundfunk в 2013 году.

Он умер 12 декабря 2020 года в своем доме в Женеве . Ему было 99 лет.

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки