Нобелевская премия по физике  1955

Поликарп Куш
(1911-1993)
За точное определение магнитного момента электрона
Биография





Американский физик Поликарп Куш родился в Бланкенбурге (Германия) в семье лютеранского миссионера Иоганна Маттиаса Куша и урожденной Генриетты ван дер Хаас. Через год после рождения сына семья эмигрировала в Соединенные Штаты Америки и поселилась в Кливленде (штат Огайо). К. посещал кливлендскую городскую школу. В 1922 г. он получил американское гражданство, а в 1926 г. начал работать служителем в кливлендской публичной библиотеке. В 1931 г. К. стал бакалавром наук в Технологическом институте Кейза (ныне университет Кейз-Вестерн-Резерв) в Кливленде. После перехода в университет штата Иллинойс К. в 1933 г. получил магистерскую степень по физике, а в 1936 г. степень доктора наук, защитив диссертацию по оптической молекулярной спектроскопии. Свою многолетнюю преподавательскую деятельность К. начал еще аспирантом университета штата Иллинойс в качестве ассистента преподавателя (1931...1936). В 1936 г. он становится ассистентом-исследователем в университете штата Миннесота, а в 1937 г. – преподавателем физики Колумбийского университета. Во время второй мировой войны К. проводил исследования для нужд военной промышленности. В 1941...1942 гг. он как инженер-исследователь принимал участие в разработке микроволновых электронных ламп для радаров в «Вестингауз электрик», а в 1942...1944 гг. в качестве сотрудника отдела военных исследований Колумбийского университета занимался созданием высокочастотных генераторов. В 1944...1946 гг. К. являлся сотрудником «Белл телефон лабораториз» и участвовал в проектировании электронных ламп и микроволновых генераторов. После войны К. стал адъюнкт-профессором в Колумбийском университете, а с 1949 г. – полным профессором. В 1969...1970 гг. он был президентом и деканом факультетов, а в 1970...1971 гг. – вице-президентом по административным вопросам и ректором колледжа. В первые годы своей работы в Колумбийском университете К. в тесном сотрудничестве с Изидором А. Раби применял метод резонанса в исследовании атомных и молекулярных свойств на основе использования молекулярных пучков. Раби изобрел свой метод магнитного резонанса в 1937 г.: пучок частиц пропускался через магнитное поле и одновременно бомбардировался импульсами излучения. Высокое разрешение и большая точность, достижимые с помощью метода Раби, позволяют использовать его для изучения таких тонких свойств частиц, как атомные энергетические уровни и ядерные магнитные моменты. Магнитный момент электрона принадлежит к числу свойств, часто фигурирующих в теоретических расчетах атомной физики. Электрон обладает собственным магнитным моментом, обусловленным вращением электрона вокруг своей оси, и если электрон связан с атомом, то он обладает орбитальным магнитным моментом, т. к. электрон обращается вокруг ядра. В 1925 г. голландские физики Семюель А. Гоудсмит и Джордж Э. Уленбек выдвинули идею, согласно которой собственный магнитный момент электрона равен величине, известной под названием магнетона Бора (в честь Нильса Бора). Все измерения атомных свойств, произведенные до 1947 г., подтвердили правильность постулата Гоудсмита – Уленбека. Кроме того, этот постулат непосредственно исходит из релятивистского квантовомеханического уравнения, сформулированного в 1928 г. Полем А.М. Дираком, которое описывает все известные свойства электрона. Но в 1947 г. Раби и его коллеги измерили разности между некоторыми энергетическими уровнями водорода и сравнили полученные результаты с теоретическими предположениями. В вычислениях были использованы значение собственного магнитного момента электрона, постулированное Гоудсмитом и Уленбеком, и величина магнитного момента протона, зависящая от магнитного момента электрона. Когда выяснилось, что экспериментальные результаты расходятся с теоретическими предсказаниями, американский физик Грегори Брейт высказал предположение о том, что значение, принятое Гоудсмитом и Уленбеком, могло быть неверным. Используя магнитный резонанс, К. и американский физик Генри Фоли исследовали магнитный момент электрона. Им удалось измерить отношение полного внутреннего и полного орбитального магнитных моментов пучков атомов в различных энергетических состояниях. Эти полные моменты зависят от собственного и орбитального моментов отдельных электронов и однозначно определяются энергетическим состоянием атома. Любое отклонение величины экспериментально измеренного отношения от его теоретически предсказанного значения должно свидетельствовать о том, что собственный и орбитальный магнитные моменты электрона не равны. Поскольку создать чистые атомные состояния трудно, К. и Фоли выполнили эксперимент с несколькими различными комбинациями состояний и с несколькими атомами в одном и том же энергетическом состоянии. Результат всех измерений неизменно оказывался одним и тем же: собственный магнитный момент электрона чуть больше, чем на 0,1%, превышает его орбитальный магнитный момент. Экспериментальные данные К. и Фоли оказались в полном согласии с теоретическими расчетами, выполненными к тому времени Синъитиро Томонагой, Джулиусом С. Швингером и Ричардом Ф. Фейнманом. Они быстро вошли в фундаментальную теорию – квантовую электродинамику. К. был удостоен Нобелевской премии по физике 1955 г. «за точное определение магнитного момента электрона». Вместе с ним Нобелевская премия была присуждена Уиллису Ю. Лэмбу. Их независимые исследования, заявил, представляя новых лауреатов, Ивар Валлер из Шведской королевской академии наук, привели к «переформированию теории взаимодействия электронов и электромагнитного излучения – так называемой квантовой электродинамики». Последние результаты К. и других физиков по измерению орбитального и внутреннего магнитных моментов электрона были еще более точны и прекрасно согласовываются с современной теорией. В 1972 г. К. стал профессором физики в Техасском университете (Даллас), в 1980 г. – членом совета этого университета, а в 1982 г. ему было присвоено звание почетного профессора. У К. и его первой жены, урожденной Эдит Старр Макробертс, с которой они поженились в 1935 г., было три дочери. Через год после смерти первой жены, последовавшей в 1959 г., К. вступил во второй брак с Бетти Пеццони. От этого брака у К. двое детей. Ненасытный читатель с широким диапазоном интересов, К. известен также как большой любитель музыки. К. состоит членом Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки, Американского философского общества и Ассоциации преподавателей физики. Он почетный доктор университета Кейз-Вестерн-Резерв, университетов штатов Огайо, Иллинойс, университета Йешивы, колледжа Колби, колледжа Густава Адольфа и Инкарнейт-Уорлд-колледжа.