Эмилио Сегре | |
---|---|
Рожденный | Эмилио Джино Сегре (1905-02-01)1 февраля 1905 г. |
Умер | 22 апреля 1989 г. (1989-04-22)(84 года) Лафайет, Калифорния , США |
Гражданство | Италия (1905–44) США (1944–89) |
Альма-матер | Римский университет Ла Сапиенца |
Известный | Совместное открытие антипротона Совместное открытие технеция Совместное открытие астата Диаграмма Сегре |
Награды | Нобелевская премия по физике (1959) Стипендия Гуггенхайма (1958) Премия памяти Рихтмайера (1957) |
Научная карьера | |
Учреждения | Национальная лаборатория Лос-Аламоса Калифорнийский университет в Беркли Университет Палермо Ла Сапиенца Римский университет Колумбийский университет |
научный руководитель | Энрико Ферми |
Докторанты | Томас Ипсилантис Герберт Йорк |
Подпись | |
Эмилио Джино Сегре ( итал. [seˈgrɛ] ; 1 февраля 1905 — 22 апреля 1989) [1] — итальянский и натурализованный американский физик , лауреат Нобелевской премии , открывший элементы технеций и астат , а также антипротон , субатомную античастицу , за что в 1959 году он был удостоен Нобелевской премии по физике вместе с Оуэном Чемберленом .
Родившийся в Тиволи , недалеко от Рима , Сегре изучал инженерное дело в Римском университете Ла Сапиенца, прежде чем заняться физикой в 1927 году. Сегре был назначен доцентом физики в Римском университете в 1932 году и работал там до 1936 года, став одним из парней с Виа Панисперна . С 1936 по 1938 год он был директором Физической лаборатории в Университете Палермо . После визита в Радиационную лабораторию Беркли Эрнеста О. Лоуренса в 1937 году ему прислали молибденовую полоску из циклотронного ускорителя лаборатории , которая испускала аномальные формы радиоактивности . Используя тщательный химический и теоретический анализ, Сегре смог доказать, что часть излучения производилась ранее неизвестным элементом, названным технецием, первым искусственно синтезированным химическим элементом , который не встречается в природе.
В 1938 году, когда Сегре посещал лабораторию радиации в Беркли, фашистское правительство Бенито Муссолини приняло антисемитские законы, запрещавшие евреям занимать должности в университете. Как еврей, Сегре был признан бессрочным эмигрантом. В лаборатории радиации в Беркли Лоуренс предложил ему низкооплачиваемую работу в качестве научного сотрудника. Там Сегре помог открыть элемент астат и изотоп плутоний-239 , который позже использовался для создания ядерной бомбы «Толстяк», сброшенной на Нагасаки . С 1943 по 1946 год он работал в Национальной лаборатории Лос-Аламоса в качестве руководителя группы Манхэттенского проекта . В апреле 1944 года он обнаружил, что «Худой человек» , предлагаемое ядерное оружие плутониевого типа , не будет работать из-за наличия примесей плутония-240 . В 1944 году он стал натурализованным гражданином Соединенных Штатов. Вернувшись в Беркли в 1946 году, он стал профессором физики и истории науки , где проработал до 1972 года. Сегре и Оуэн Чемберлен совместно возглавляли исследовательскую группу в Радиационной лаборатории Лоуренса, которая открыла антипротон , за что они оба разделили Нобелевскую премию по физике 1959 года .
Сегре был активным фотографом, который сделал много снимков, документирующих события и людей в истории современной науки, которые были переданы в дар Американскому институту физики после его смерти. Американский институт физики назвал свой фотоархив истории физики в его честь.
Эмилио Джино Сегре родился в семье сефардских евреев в Тиволи , недалеко от Рима , 1 февраля 1905 года. Он был сыном Джузеппе Сегре, бизнесмена, владевшего бумажной фабрикой, и Амелии Сюзанны Тревес. У него было два старших брата, Анджело и Марко. [2] Его дядя, Джино Сегре, был профессором права. [3] Он получил образование в ginnasio в Тиволи, а после переезда семьи в Рим в 1917 году — в ginnasio и liceo в Риме. Он окончил обучение в июле 1922 года и поступил в Римский университет La Sapienza на инженерный факультет. [4]
В 1927 году Сегре встретил Франко Разетти , который познакомил его с Энрико Ферми . Два молодых профессора физики искали талантливых студентов. Они посетили конференцию в Комо в сентябре 1927 года, [5] где Сегре слушал лекции известных физиков, включая Нильса Бора , Вернера Гейзенберга , Роберта Милликена , Вольфганга Паули , Макса Планка и Эрнеста Резерфорда . Затем Сегре присоединился к Ферми и Разетти в их лаборатории в Риме. С помощью директора Института физики Орсо Марио Корбино Сегре смог перейти в физику, [6] и, обучаясь у Ферми, получил свою степень лауреата в июле 1928 года, [7] защитив диссертацию на тему «Аномальная дисперсия и магнитное вращение». [4]
После службы в итальянской армии с 1928 по 1929 год [4] , в течение которой он был назначен вторым лейтенантом в зенитную артиллерию , [8] Сегре вернулся в лабораторию на Виа Панисперна. Он опубликовал свою первую статью, в которой резюмировал свою диссертацию, «Об аномальной дисперсии в ртути и литии», совместно с Эдоардо Амальди в 1928 году, и еще одну статью с ним в следующем году об эффекте Рамана . [9]
В 1930 году Сегре начал изучать эффект Зеемана в некоторых щелочных металлах . Когда его прогресс застопорился из-за того, что дифракционная решетка, необходимая ему для продолжения, не была доступна в Италии, он написал в четыре лаборатории в других местах Европы с просьбой о помощи и получил приглашение от Питера Зеемана закончить свою работу в лаборатории Зеемана в Амстердаме . Сегре был удостоен стипендии Фонда Рокфеллера и, по совету Ферми, решил использовать ее для обучения у Отто Штерна в Гамбурге . [10] [11] Работа с Отто Фришем над квантованием пространства дала результаты , которые, по-видимому, не согласуются с текущей теорией; но Исидор Исаак Раби показал, что теория и эксперимент согласуются, если ядерный спин калия равен +1/2. [12]
Сегре был назначен доцентом физики в Римском университете в 1932 году и работал там до 1936 года, став одним из парней с Виа Панисперна . [13] В 1934 году он встретил Эльфриду Спиро, еврейскую женщину, чья семья приехала из Острово в Западной Пруссии , но бежала в Бреслау , когда эта часть Пруссии стала частью Польши после Первой мировой войны. После того, как нацистская партия пришла к власти в Германии в 1933 году, она эмигрировала в Италию, где работала секретарем и переводчиком. Сначала она плохо говорила по-итальянски, а Сегре и Спиро общались на немецком языке, которым он владел свободно. [14] Они поженились в Большой синагоге Рима 2 февраля 1936 года. Он договорился с раввином потратить минимальную сумму на свадьбу, отдав остаток того, что будет потрачено на роскошную свадьбу, еврейским беженцам из Германии. Раввину все равно удалось обеспечить им многие атрибуты роскошной свадьбы. [15] У пары было трое детей: Клаудио, родившийся в 1937 году, Амелия Гертруда Аллегра, родившаяся в 1937 году, и Фауста Ирене, родившаяся в 1945 году. [16]
После женитьбы Сегре искал стабильную работу и стал профессором физики и директором Физического института в Университете Палермо . Он нашел тамошнее оборудование примитивным, а библиотеку лишенной современной физической литературы, но среди его коллег в Палермо были математики Микеле Чиполла и Микеле Де Франчис , минералог Карло Перье и ботаник Луиджи Монтемартини . [17] В 1936 году он посетил Берклиевскую радиационную лабораторию Эрнеста О. Лоуренса , где встретился с Эдвином Макмилланом , Дональдом Кукси , Францем Кюри , Филиппом Абельсоном и Робертом Оппенгеймером . Сегре был заинтригован радиоактивным металлоломом, который когда-то был частью циклотрона лаборатории . В Палермо было обнаружено, что он содержит ряд радиоактивных изотопов . В феврале 1937 года Лоуренс отправил ему молибденовую полоску, которая излучала аномальные формы радиоактивности . Сегре заручился помощью Перье, чтобы подвергнуть полоску тщательному химическому и теоретическому анализу, и им удалось доказать, что часть излучения производилась ранее неизвестным элементом. [18] В 1947 году они назвали его технецием , так как это был первый искусственно синтезированный химический элемент . [19] [20]
В июне 1938 года Сегре совершил летний визит в Калифорнию , чтобы изучить короткоживущие изотопы технеция, которые не сохранились после отправки по почте в Италию. Пока Сегре был в пути, фашистское правительство Бенито Муссолини приняло расовые законы, запрещающие евреям занимать должности в университете. Будучи евреем, Сегре теперь стал бессрочным эмигрантом. [21] Чехословацкий кризис побудил Сегре послать за Эльфридой и Клаудио, поскольку теперь он боялся, что война в Европе неизбежна. [22] В ноябре 1938 года и феврале 1939 года они совершили быстрые поездки в Мексику, чтобы обменять свои туристические визы на иммиграционную визу. И Сегре, и Эльфрида испытывали серьезные опасения за судьбу своих родителей в Италии и Германии. [23]
В Радиационной лаборатории Беркли Лоуренс предложил Сегре работу в качестве научного сотрудника — относительно низкую должность для того, кто открыл элемент — за 300 долларов США (что эквивалентно 6600 долларам США в 2023 году) в месяц в течение шести месяцев. Когда Лоуренс узнал, что Сегре оказался в ловушке в Калифорнии, он воспользовался ситуацией, чтобы снизить зарплату Сегре до 116 долларов в месяц. [24] [25] Работая с Гленном Сиборгом , Сегре выделил метастабильный изотоп технеций-99m . Его свойства сделали его идеальным для использования в ядерной медицине , и теперь он используется примерно в 10 миллионах медицинских диагностических процедур ежегодно. [26] Сегре отправился на поиски элемента 93 , но не нашел его, так как он искал элемент, химически родственный рению, а не редкоземельный элемент , которым и был элемент 93. [27] Работая с Александром Лангсдорфом-младшим и Цзянь-Шюн У , он открыл ксенон-135 , [28] [29], который позже стал важным ядерным ядом в ядерных реакторах . [30]
Затем Сегре обратил свое внимание на другой отсутствующий элемент в периодической таблице , элемент 85. После того, как он объявил, как он намеревался создать его, бомбардируя висмут-209 альфа -частицами на заседании Радиационной лаборатории в понедельник, двое его коллег, Дейл Р. Корсон и Роберт А. Корног, провели предложенный им эксперимент. Затем Сегре спросил, может ли он заняться химией, и вместе с Кеннетом Россом Маккензи успешно выделил новый элемент, который сегодня называется астат . [31] [32] [33] Затем Сегре и Ву попытались найти последний оставшийся отсутствующий нетрансурановый элемент , элемент 61. У них была правильная техника для его получения, но не хватало химических методов для его разделения. [33] Он также работал с Сиборгом, Макмилланом, Джозефом У. Кеннеди и Артуром К. Валем над созданием плутония-239 в 60-дюймовом (150 см) циклотроне Лоуренса в декабре 1940 года. [34] [35]
Японское нападение на Перл-Харбор в декабре 1941 года и последующее объявление войны Соединенными Штатами Италии превратили Сегре во враждебного иностранца и отрезали его от общения с родителями. Физики начали покидать Радиационную лабораторию, чтобы заниматься военными работами, и Рэймонд Т. Бирдж попросил его вести занятия для оставшихся студентов. Это стало полезным дополнением к доходу Сегре, и он установил важные дружеские и профессиональные связи с некоторыми из этих студентов, среди которых были Оуэн Чемберлен и Клайд Виганд . [36]
В конце 1942 года Оппенгеймер попросил Сегре присоединиться к Манхэттенскому проекту в его Лос-Аламосской лаборатории . [37] Сегре стал главой группы P-5 (радиоактивность) лаборатории, которая входила в состав P-отдела (экспериментальной физики) Роберта Бахера . [38] В целях безопасности ему дали псевдоним Эрл Симен. [39] Он переехал в Лос-Аламос со своей семьей в июне 1943 года. [40]
Группа Сегре установила свое оборудование в заброшенной хижине Лесной службы в каньоне Пахарито недалеко от Лос-Аламоса в августе 1943 года. [41] Задачей его группы было измерение и каталогизация радиоактивности различных продуктов деления . Важным направлением исследований было определение степени изотопного обогащения, достигнутого с различными образцами обогащенного урана . Первоначально тесты с использованием масс-спектрометрии , используемой Колумбийским университетом , и нейтронного анализа, используемого Беркли, дали разные результаты. Сегре изучил результаты Беркли и не смог найти никаких ошибок, в то время как Кеннет Бейнбридж также не нашел никаких ошибок в результатах Нью-Йорка. Однако анализ другого образца показал близкое совпадение. [42] Более высокие показатели спонтанного деления наблюдались в Лос-Аламосе, что, как заключила группа Сегре, было вызвано космическими лучами , которые были более распространены в Лос-Аламосе из-за его большой высоты. [41]
Группа измерила активность тория , урана-234 , урана-235 и урана-238 , но имела доступ только к микрограммам плутония -239 . [41] Первый образец плутония, произведенного в ядерном реакторе в Оук-Ридже, был получен в апреле 1944 года. В течение нескольких дней группа наблюдала в пять раз большую скорость спонтанного деления , чем у плутония, произведенного на циклотроне. [43] Это не было новостью, которую хотели услышать руководители проекта. Это означало, что «Худой человек» , предлагаемое ядерное оружие плутониевого типа , не будет работать, и подразумевало, что инвестиции проекта в объекты по производству плутония на площадке Хэнфорд были потрачены впустую. Группа Сегре тщательно проверила свои результаты и пришла к выводу, что повышенная активность была вызвана изотопом плутония-240 . [44]
В июне 1944 года Сегре вызвали в кабинет Оппенгеймера и сообщили, что его отец в безопасности, а вот его мать была арестована нацистами в октябре 1943 года. Сегре больше никогда не видел ни одного из своих родителей. Его отец умер в Риме в октябре 1944 года. [45] В конце 1944 года Сегре и Эльфрида стали натурализованными гражданами Соединенных Штатов. [46] Его группа, теперь обозначенная как R-4, была ответственна за измерение гамма-излучения от ядерного испытания Trinity в июле 1945 года. [47] Взрыв повредил или уничтожил большую часть экспериментов, но было восстановлено достаточно данных для измерения гамма-лучей. [48]
В августе 1945 года, за несколько дней до капитуляции Японии и окончания Второй мировой войны , Сегре получил предложение от Вашингтонского университета в Сент-Луисе о должности доцента с зарплатой в 5000 долларов США (что эквивалентно 84 600 долларам США в 2023 году). В следующем месяце Чикагский университет также сделал ему предложение. После некоторых подсказок Бирге предложил 6500 долларов и должность полного профессора, на что Сегре решил согласиться. Он покинул Лос-Аламос в январе 1946 года и вернулся в Беркли. [49] [50]
В конце 1940-х годов многие ученые покинули Калифорнийский университет, привлеченные предложениями более высокой зарплаты и своеобразным требованием университета к присяге на верность . Сегре решил принять присягу и остаться, но это не развеяло подозрений относительно его лояльности. Луис Альварес был возмущен тем, что Амальди, Ферми, Понтекорво , Разетти и Сегре решили подать патентные иски против Соединенных Штатов за свои довоенные открытия, и сказал Сегре дать ему знать, когда Понтекорво напишет из России. Он также столкнулся с Лоуренсом из-за плана последнего создать конкурирующую лабораторию ядерного оружия в Лос-Аламосе в Ливерморе, Калифорния , чтобы разработать водородную бомбу , оружие, которое, по мнению Сегре, имело бы сомнительную полезность. [51]
Недовольный ухудшающимися отношениями с коллегами и ядовитой политической атмосферой в Беркли, вызванной спорами о клятве верности, Сегре принял предложение о работе в Университете Иллинойса в Урбане-Шампейне . [51] В конечном итоге суды разрешили патентные претензии в пользу итальянских ученых в 1953 году, присудив им 400 000 долларов США (что эквивалентно 4 600 000 долларов США в 2023 году) за патенты, связанные с генерацией нейтронов, что составило около 20 000 долларов США после вычета судебных издержек. Кеннеди, Сиборг, Валь и Сегре впоследствии получили ту же сумму за открытие плутония, которая составила 100 000 долларов США после разделения на четыре части, на этот раз без судебных издержек. [52]
Отвергнув предложения IBM и Брукхейвенской национальной лаборатории , Сегре вернулся в Беркли в 1952 году . [53] В том же году он был избран в Национальную академию наук США . [54] В 1955 году он перевез свою семью из Беркли в соседний Лафайет, штат Калифорния . [55] Работая с Чемберленом и другими, он начал поиски антипротона , субатомной античастицы протона . [ 56] Античастица электрона, позитрон, была предсказана Полем Дираком в 1931 году [57], а затем открыта Карлом Д. Андерсоном в 1932 году. [58] По аналогии теперь ожидалось, что будет античастица , соответствующая протону, но никто ее не нашел, и даже в 1955 году некоторые ученые сомневались в ее существовании. [59] Используя Беватрон Лоуренса, установленный на 6 ГэВ, им удалось обнаружить убедительные доказательства существования антипротонов. [56] [60] Чемберлен и Сегре были награждены Нобелевской премией по физике 1959 года за свое открытие. [61] Это было спорным, поскольку Клайд Виганд и Томас Ипсилантис были соавторами одной и той же статьи, но не разделили премию. [62]
Сегре входил в состав влиятельного Бюджетного комитета университета с 1961 по 1965 год и был председателем Физического факультета с 1965 по 1966 год. Он поддержал успешную попытку Теллера отделить Лабораторию Лоуренса в Беркли от Лаборатории Лоуренса в Ливерморе в 1970 году. [63] Он был избран в Американское философское общество в 1963 году. [64] Он был одним из попечителей Фермилаб с 1965 по 1968 год. Он присутствовал на ее открытии вместе с Лорой Ферми в 1974 году . [65] В 1950-х годах Сегре редактировал статьи Ферми. Позже он опубликовал биографию Ферми, Энрико Ферми: физик (1970). Он опубликовал свои собственные заметки лекций под названием « От рентгеновских лучей к кваркам: современные физики и их открытия» (1980) и «От падающих тел к радиоволнам: классические физики и их открытия» (1984). Он также редактировал ежегодный обзор ядерной и элементарной науки с 1958 по 1977 год и написал автобиографию « Разум всегда в движении» (1993), которая была опубликована посмертно. [66] [63]
Эльфрида умерла в октябре 1970 года, а Сегре женился на Розе Майнс в феврале 1972 года. [16] Он был избран в Американскую академию искусств и наук в 1973 году. [67] В том же году он достиг обязательного пенсионного возраста в Калифорнийском университете. Он продолжил преподавать историю физики. [68] В 1974 году он вернулся в Римский университет в качестве профессора, но проработал всего год до достижения обязательного пенсионного возраста. [63] Сегре умер от сердечного приступа в возрасте 84 лет во время прогулки недалеко от своего дома в Лафайете. [69] Активно занимаясь фотографией , Сегре сделал много фотографий, документирующих события и людей в истории современной науки. После его смерти Роза пожертвовала многие из его фотографий Американскому институту физики , который назвал свой фотоархив истории физики в его честь. Коллекция была пополнена завещанием Розы после ее смерти в результате несчастного случая в Тиволи в 1997 году. [63] [70] [16]