Артур Макдоналд | Нобелевская премия по физике  2015 | Биография
Нобелевская премия по физике  2015

Артур Макдоналд
(1943)
За открытие нейтринных осцилляций, показывающее, что нейтрино имеют массу
Биография





Артур Брюс Макдоналд (Arthur Bruce McDonald) родился 29 августа 1943 года в Сиднее, провинция Новая Шотландия, Канада.

В 1964 году получил степень бакалавра физики, в 1965 году — магистра физики в Университете Далхоузи в Галифаксе (провинция Новая Шотландия, Канаде).

В 1969 году получил докторскую степень в Калифорнийском технологическом институте в Пасадине, Калифорния, США.

В 1970-1980 годах Макдоналд работал научным сотрудником, в 1980-1982 годах — страшим научным сотрудником в лаборатории атомной энергии Чок-Ривер, Онтарио, Канада.

В 1982-1989 годах был профессором физики в Принстонском университете. В 1989-2013 годах — профессор Королевского университета в Кингстоне, Канада.

С 1989 года является директором Нейтринной обсерватории в Садбери, Канада.

С 2013 года — почетный профессор Королевского университета в Кингстоне, Канада. Кавалер ордена Канады (2006).

В 2015 году Артуру Макдоналду совместно с Такааки Кадзита была присуждена Нобелевская премия по физике за "открытие нейтринных осцилляций, показывающее, что нейтрино имеют массу".

После объявления лауреатов Артур Макдональд по телефону из Канады сказал: "Конечно, в нашем эксперименте наступил момент истины, когда мы сумели увидеть, что нейтрино изменяются от одного типа к другому по мере прохождения расстояния от Солнца до Земли".

Исторически нейтрино возникли в физике элементарных частиц более 80 лет назад в ходе поисков решения двух задач ядерной физики: так называемой азотной катастрофы и описания непрерывного спектра электронов в бета-распаде. Первая проблема связана с тем, что ученые считали верной теорию Резерфорда, согласно которой атом состоит из протонов и электронов. В частности, физики не знали о существовании нейтрона и полагали, что ядро атома азота состоит исключительно из протонов. Это приводило к тому, что опыт и теория давали различные значения спина ядра (его полного момента количества движения).

Вторая проблема — непрерывного спектра электронов в бета-распаде (этот распад изменяет заряд ядра на единицу и приводит к испусканию электрона или его античастицы — позитрона) — связана с тем, что в опытах по бета-распаду энергии образующихся электронов изменялись непрерывным образом в отличие от, например, дискретного (прерывного) спектра альфа-частиц (ядер гелия-4).

Две проблемы не давали покоя физикам, поскольку приводили к нарушению законов сохранения — импульса, момента импульса и энергии. Некоторые ученые, в частности, датчанин Нильс Бор, даже предположили, что пришло время пересмотреть энергетические основы физики и отказаться от законов сохранения. К счастью, этого не пришлось делать.

Всех успокоил швейцарский физик Вольфганг Паули. В 1930 году он написал письмо участникам конференции в городе Тюбинген. «Имеется возможность того, что в ядрах существуют электрически нейтральные частицы, которые я буду называть "нейтронами" и которые обладают спином 1/2. Масса "нейтрона" по порядку величины должна быть сравнимой с массой электрона и во всяком случае не более 0,01 массы протона. Непрерывный бета-спектр тогда стал бы понятным, если предположить, что при распаде вместе с электроном испускается еще и "нейтрон" — таким образом, что сумма энергий "нейтрона" и электрона остается постоянной», — сообщал ученый.

«Нейтрон» Паули оказался не тем нейтроном, который экспериментально открыл в 1932 году британец Джеймс Чедвик, а теоретически предположили советский физик Дмитрий Иваненко и немец Вернер Гейзенберг. Между тем, в 1933 году Паули выступил на Сольвеевском конгрессе в Брюсселе, где рассказал подробности своей идеи, «спасшей» закон сохранения энергии.

Нейтрино (итальянское «маленький нейтрон») дал имя итальянский физик Энрико Ферми, который создал первую количественную теорию бета-распада. В ней описывалось взаимодействие четырех частиц: протона, нейтрона, электрона и нейтрино. Нейтрино в теории Ферми не содержится в атомном ядре, как полагал Паули, а вылетает из него вместе с электроном в результате бета-распада.

Ферми считал нейтрино нейтральной частицей легче электрона или даже с массой, равной нулю. Однако его теория была неперенормируемой (приводила к расходимостям). Только после введения новых частиц — промежуточных векторных бозонов — и создания электрослабой теории, объединяющей слабые и электромагнитные взаимодействия, все свойства нейтрино получили непротиворечивое теоретическое обоснование. С тех пор именно нейтрино стали основными маркерами слабого взаимодействия.

Начиная с экспериментального открытия нейтрино в 1953-1956 годах американскими физиками Фредериком Рейнсом и Клайдом Коэном (первый из них получил за это Нобелевскую премию в 1995 году, второй до этого не дожил — скончался в 1974-м), ученых волновало два вопроса. Первый — имеют ли нейтрино массу и существуют ли у них античастицы. Открытия Макдоналда и Кадзиты позволили утвердительно ответить на этот вопрос. Да, нейтрино имеют массу.

Основной вклад в это открытие внесли работы Макдоналда и Кадзиты и возглавляемых ими коллективов. Детектор нейтринной обсерватории в Садбери SNO (Sudbury Neutrino Observatory), которой руководит Артур Макдоналд, позволил наблюдать осцилляции солнечных нейтрино, а японский эксперимент Super-Kamiokande позволил обнаружить осцилляции атмосферных нейтрино.

Нейтринные осцилляции (превращения трех типов нейтрино друг в друга) могут возникать только в случае ненулевой массы частиц (которая до сих пор точно не определена), а также важны для решения проблемы солнечных нейтрино — недостаточного (по сравнению с теоретическими расчетами) количества электронных нейтрино, достигающих Земли от светила.

В природе нейтрино распространены столь же широко, как и фотоны — кванты электромагнитного поля. Нейтрино образуются в недрах Солнца (солнечные нейтрино) и других звезд при ядерных реакциях и в результате распадов пионов и каонов в верхних слоях атмосферы Земли под влиянием космического излучения (атмосферные нейтрино).

В физике элементарных частиц все нейтрино относятся к классу лептонов (бесструктурных частиц) и участвуют в электрослабом и гравитационном взаимодействиях. Всего различают три типа нейтрино — электронное, мюонное и тау-нейтрино.


Индийский гранит black Galaxy
Столешницы из мрамора, гранита и кварцевого агломерата! Производитель
stonex.ru