Перейти в начало сайта Перейти в начало сайта
Электронная библиотека «Наука и техника»
n-t.ru: Наука и техника
Начало сайта / Лауреаты Нобелевской премии / Премия по физике
Начало сайта / Лауреаты Нобелевской премии / Премия по физике

Научные статьи

Физика звёзд

Физика микромира

Журналы

Природа

Наука и жизнь

Природа и люди

Техника – молодёжи

Нобелевские лауреаты

Премия по физике

Премия по химии

Премия по литературе

Премия по медицине

Премия по экономике

Премия мира

Книги

Во главе двух академий

Время, хранимое как драгоценность

Крушение парадоксов

Популярная информатика

Среди запахов и звуков

Часы. От гномона до атомных часов

Издания НиТ

Батарейки и аккумуляторы

Охранные системы

Источники энергии

Свет и тепло

Научно-популярные статьи

Наука сегодня

Научные гипотезы

Теория относительности

История науки

Научные развлечения

Техника сегодня

История техники

Измерения в технике

Источники энергии

Наука и религия

Мир, в котором мы живём

Лит. творчество ученых

Человек и общество

Образование

Разное

ФИТЧ (Fitch), Вал Логсдон

род. 10 марта 1923 г.

Нобелевская премия по физике, 1980 г.
совместно с Джеймсом У. Кронином

 

Американский физик Вал Логсдон Фитч, младший из трех детей Фрэнсиса М. (Логсдона) Фитча и Фред Б. Фитч, родился на скотоводческом ранчо в Черри-Каунти (штат Небраска), неподалеку от границы штата Южная Дакота. Когда Ф. был еще ребенком, его отец, объезжая лошадь, сильно пострадал и семье пришлось переехать в соседний г. Гордон, где глава семьи занялся страхованием.

По окончании средней школы Ф. был мобилизован в армию и в 1943 г. был направлен в составе специального инженерного подразделения в Лос-Аламос (штат Нью-Мексико) для обеспечения работ в рамках Манхэттенского проекта секретной программы создания атомной бомбы. Назначенный лаборантом в группу, которую возглавлял английский физик Эрнест Титтертон из британской миссии в Лос-Аламосе, Ф. познакомился с такими выдающимися физиками, как Энрико Ферми, Айзек Раби, Роберт Оппенгеймер, Нильс Бор, Джеймс Чедвик и Р.Ч. Толмен. Их профессиональные и личные качества произвели на него неизгладимое впечатление. Впоследствии Ф. вспоминал, что именно тогда он научился «не использовать для измерений уже имеющийся прибор, а отдаться свободному течению мыслей и попытаться изобрести способ решить задачу по-новому». Ф. был очевидцем первого атомного взрыва в пустыне Нью-Мексико, где его группа прокладывала кабель, по которому был передан сигнал о взрыве бомбы.

Ф. демобилизовался в 1946 г., а в 1948 г. получил степень бакалавра наук по электротехнике в Университете Макгилла (Монреаль) и поступил в аспирантуру Колумбийского университета в Нью-Йорке Под руководством Джеймса Рейнуотера Ф. подготовил диссертацию о мезоатомах. Тему диссертации подсказал ему Оге Бор, который в то время был соседом Рейнуотера по кабинету. В мезоатомах вместо обычных электронов на орбитах находятся мю-мезоны – частицы, первоначально обнаруженные в космических лучах. Мю-мезоны во всем тождественны электронам, за исключением того, что они примерно в 200 раз тяжелее их. Как показывают вычисления, излишек массы усиливает различия между близко расположенными энергетическими уровнями и тем самым оказывает влияние на спектр испускаемого атомом излучения. Учась последний год в аспирантуре, Ф. стал преподавать физику в том же университете. Докторскую диссертацию он защитил в 1954 г. Затем Ф. работал преподавателем физики в Принстонском университете, где в 1960 г. стал полным профессором, а в 1976 г. был назначен деканом факультета.

В 1963 г. Ф. и Джеймс У. Кронин вместе с Джеймсом Кристенсоном (студентом Кронина) и физиком из французского Центра ядерных исследований Рене Турле выполнили эксперимент в Брукхейвенской национальной лаборатории на Лонг-Айленде (Нью-Йорк) по изучению нейтральных K-мезонов (каонов). Каоны, известные своими странными свойствами – неустойчивые частицы с массой, равной примерно половине массы протона, – образуются при столкновениях ядер с высокой энергией. Ранее они были описаны в работе Ли Цзундао и Янга Чжэньина (1956) как необычные частицы в так называемых «слабых» реакциях, в которых может нарушаться одна из трех фундаментальных симметрий, или законов сохранения. Эти симметрии имеют особые обозначения С, Р и Т. Сохранение С (зарядовое сопряжение) означает, что реакции должны происходить одинаково, если частицы заменить античастицами (частицами-близнецами, но с противоположным электрическим зарядом), например электроны позитронами и протоны антипротонами. Сохранение Р (четности) означает, что реакции должны происходить одинаково, если геометрические характеристики частиц заменить их зеркальными отражениями, например левое правым, вращение по часовой стрелке – вращением против часовой стрелки. Сохранение Т (симметрия относительно обращения времени) означает, что прямая реакция протекает так же, как обратная.

Ли и Янг предложили эксперименты для проверки своих теоретических предположений, а By Цзиньсян и ее сотрудники из Колумбийского университета обнаружили, что четность сохраняется при бета-распаде (испускании электрона) радиоактивных ядер не строго, а лишь приближенно ядро испускает преимущественно «левосторонние» электроны. Другие эксперименты показали, что С сохраняется тоже неточно некоторые реакции между частицами идут с большей вероятностью, чем реакции между античастицами. Теоретические трудности удалось преодолеть после того, как было выдвинуто предположение о том, что должна сохраняться комбинированная четность СР; нарушение зарядового сопряжения С должно компенсироваться одновременным нарушением четности Р, подобно тому как в алгебре произведение двух положительных чисел остается положительным, если оба сомножителя одновременно сделать отрицательными. Поскольку сохранение полной симметрии СРТ подкрепляется общими принципами, а четность СР в то время считалась инвариантной, должна сохраняться и симметрия относительно обращения времени Т. Нарушение симметрии Т не могло бы быть компенсировано весьма маловероятным нарушением симметрии СР.

В 1955 г. Марри Гелл-Манн и Абрахам Пайс высказали предположение о том, что пучок каонов состоит из комбинаций частица античастица, проявляющихся в экспериментальных наблюдениях как два различных электрически нейтральных каона KS0 (S короткоживущий) и KL0 (L долгоживущий). Время жизни KL0 составляет всего лишь около одной десятимиллионной доли секунды, но эта величина примерно в 500 раз превышает время жизни каона KS0. Сохранение комбинированной симметрии СР допускает распад каона KS0 на два пи-мезона (пиона) один – положительно заряженный другой отрицательно заряженный (пионы связаны с сильным взаимодействием, обеспечивающим целостность атомного ядра). Однако такой распад запрещен для каона KL0, который может распадаться только на три пиона положительно заряженный, отрицательно заряженный и нейтральный. Теоретическое положение было подтверждено в 1956 г., когда был экспериментально доказан распад каона KL0 на три пиона. Два типа каона можно было бы разделить, поскольку в типичной экспериментальной ситуации короткоживущие частицы успевают пролететь до распада лишь несколько сантиметров, в то время как долгоживущие частицы пролетают десятки метров, что позволило бы наблюдать лишь KL0.

Ф., Кронин и их сотрудники начали свои исследования, используя усовершенствованное оборудование, например искровую камеру, позволяющую с особой точностью определять треки продуктов распада и выбирать реакцию для наблюдения. Чтобы получить каоны, экспериментаторы бомбардировали бериллиевую мишень протонами, разогнанными до высоких энергий на Брукхейвенском синхротроне с сильной фокусировкой (ускорителе, способном разгонять частицы до энергий в несколько млрд. электрон-вольт). Свои детекторы экспериментаторы поместили в 17 м от мишени, где рождались каоны, на расстоянии, достаточно большом, чтобы успел пройти распад каонов KS0 и остался пучок, состоящий из одних лишь каонов KL0. Но одна из особенностей в поведении каонов, обнаруженная в ходе эксперимента, состояла в том, что после прохождения через блок из материала, поглощающего KL0, в пучке вновь возникали каоны KS0. Это явление называется регенерацией. Исследуя его, ученые использовали блоки из вольфрама, меди, углерода и жидкого водорода и обнаружили подтверждение теоретических предположений при полном отсутствии аномалий. Полученные данные позволили участникам эксперимента утверждать, что регенерация незначительно влияет на результаты проведенного ими позднее испытания, когда в область распада каона KL0 был введен сосуд, наполненный гелием. Результаты эксперимента, встреченные сначала с недоверием, показали, что в 45 из 23 тыс. сфотографированных событий в искровой камере каон KL0 распался на два пиона, вместо того чтобы в соответствии с теорией распасться на три. Учитывая важность результатов, экспериментаторы подтвердили его повторными испытаниями и на протяжении полугода безуспешно пытались найти альтернативные объяснения, прежде чем решились опубликовать данные о нарушении комбинированной симметрии СР.

Нарушение СР-симметрии означает, что в силу сохранения CPT-симметрии нарушается также симметрия относительно обращения времени Т, поэтому можно сделать вывод, что природа небезразлична к тому, в каком направлении течет время, вперед или назад. Это нарушение симметрии позволило ученым высказать определенные предположения, объясняющие, почему материя и антиматерия, возникшие, по теории «большого взрыва», при рождении Вселенной, аннигилировали не полностью. Если материя обладает даже чуть более продолжительным периодом распада, чем антиматерия, то это приводит к тому, что современная Вселенная является тем остатком вещества, который сохранился после взаимной аннигиляции материи и антиматерии и окончательного исчезновения антиматерии из-за его более быстрого распада. При этом именно аннигиляция является источником большей части космического электромагнитного излучения.

Ф. и Кронину была присуждена Нобелевская премия по физике 1980 г. «за открытие нарушений фундаментальных принципов в распаде нейтральных K-мезонов». Представляя лауреатов на церемонии вручения премий Геста Экспонг из Шведской королевской академии наук охарактеризовал три фундаментальные симметрии как «путеводные правила, позволяющие нам открывать математические законы природы». Ссылаясь на работу Гелл-Манна о нейтральных K-мезонах и открытия Ли и Янга, он отметил, что Кронин и Ф. «интерпретировали результаты своих экспериментов как слабое, но четко выраженное нарушение симметрии», и подчеркнул, что «никто, абсолютно никто, не ожидал ничего подобного».

Нарушение симметрии СР можно объяснить с помощью новых теорий, утверждающих существование фундаментальных частиц – кварков, из которых состоят другие субатомные частицы. Существование кварков было впервые постулировано Гелл-Манном. Различают 6 кварков: u-кварк (верхний), d-кварк (нижний), s-кварк (странный), c-кварк (очарованный), b-кварк (нижний), t-кварк (верхний, или правдивый).

В 1949 г. Ф. вступил в брак с Элизой Каннингхем. У них родились два сына. Через четыре года после смерти первой жены Ф. в 1973 г. женился на Дейзи Харкер, у которой было трое детей от предыдущего брака. С детских лет Ф. был горячим поклонником отдыха на свежем воздухе: пеших прогулок, походов с ночевками в палатках и т.п. Он любит слушать классическую музыку и на досуге заниматься выращиванием карликовых деревьев.

Ф. состоит членом Американского физического общества. Американской академии наук и искусств и Национальной академии наук США. С 1970 по 1973 г. он был членом Американской ассоциации содействия развитию науки и состоял членом Консультативного комитета по науке при президенте США. Среди полученных им наград и отличий премия по науке Исследовательской корпорации Америки (1968), премия по физике Эрнеста Орландо Лоуренса Комиссии по атомной энергии Соединенных Штатов Америки (1968) и медаль Джона Прайса Уезерилла Франклиновского Института (1976).

 

Ранее опубликовано:

Лауреаты Нобелевской премии: Энциклопедия: Пер. с англ.– М.: Прогресс, 1992.
© The H.W. Wilson Company, 1987.
© Перевод на русский язык с дополнениями, издательство «Прогресс», 1992.

Дата публикации:

15 августа 2000 года

Электронная версия:

© НиТ. Лауреаты Нобелевской премии, 1998

В начало сайта | Книги | Статьи | Журналы | Нобелевские лауреаты | Издания НиТ | Подписка
Карта сайта | Cовместные проекты | Журнал «Сумбур» | Игумен Валериан | Техническая библиотека
© МОО «Наука и техника», 1997...2016
Об организацииАудиторияСвязаться с намиРазместить рекламуПравовая информация
Яндекс цитирования
Яндекс.Метрика