Джон Х. Малмберг
американский физик
Джон Холмс Мальмберг
Рожденный( 1927-07-05 )5 июля 1927 г.
Геттисберг, Пенсильвания
Умер1 ноября 1992 г. (1992-11-01)(65 лет)
Дель Мар, Калифорния
Национальностьамериканский
ОбразованиеУниверситет штата Иллинойс (бакалавр наук)
Университет Иллинойса в Урбане-Шампейне (магистр наук, доктор философии)
ИзвестныйИсследование однокомпонентной и ненейтральной плазмы , ловушка Пеннинга-Мальмберга , бесстолкновительное затухание плазменных волн, эхо плазменных волн
Награды
Научная карьера
ПоляФизика плазмы
УчрежденияGeneral Atomics , Калифорнийский университет, Сан-Диего

Джон Холмс Малмберг (5 июля 1927 г. — 1 ноября 1992 г.) — американский физик -плазматик и профессор Калифорнийского университета в Сан-Диего . [1] Он был известен тем, что провел первые экспериментальные измерения затухания Ландау плазменных волн в 1964 г., [2] а также своими исследованиями ненейтральной плазмы и разработкой ловушки Пеннинга–Малмберга . [3] [4]

В 1985 году Мальмберг получил премию Джеймса Клерка Максвелла по физике плазмы за экспериментальную работу по взаимодействию волн и частиц в нейтральной плазме и за исследования чистой электронной плазмы. [5] Позднее в 1991 году он был удостоен премии Джона Доусона за выдающиеся достижения в исследованиях физики плазмы за вклад в исследования ненейтральной плазмы . [6]

Ранняя жизнь и карьера

Мальмберг учился в Университете штата Иллинойс (бакалавр 1949) и Университете Иллинойса в Урбане-Шампейне (магистр 1951), где он получил докторскую степень в 1957 году. С 1957 по 1969 год он был штатным научным сотрудником, работающим в области физики плазмы в General Atomics в Сан-Диего, Калифорния . С 1967 года и до своей смерти он был профессором физики в Калифорнийском университете в Сан-Диего (UCSD) в Ла-Хойе, Калифорния . [1] [7]

В 1980 году Мальмберг был назначен в первый Комитет по плазменным наукам Национального исследовательского совета . [ требуется ссылка ] В этом качестве он был сильным голосом за важность фундаментальных плазменных экспериментов для поддержания здоровья плазменной науки. В эпоху, когда мелкомасштабные и фундаментальные исследования физики плазмы приближались к упадку, Мальмберг подчеркивал важность возможности следовать внутренней логике науки, которая, по его мнению, имела первостепенное значение при проведении фундаментальных исследований.

Научный вклад

Затухание Ландау плазменных волн

Мальмберг и Чарльз Уортон провели первые экспериментальные измерения затухания Ландау плазменных волн в 1964 году [2] , спустя два десятилетия после его предсказания Львом Ландау . [8] Поскольку это затухание происходит без столкновений, свободная энергия и память фазового пространства, связанные с затухающей волной, не теряются, а тонко сохраняются в плазме. Мальмберг и его коллеги явно продемонстрировали обратимый характер этого процесса , наблюдая эхо плазменной волны [9] [10] , в котором волна «спонтанно» появляется в плазме как «эхо» двух ранее запущенных волн, которые были затухнуты Ландау.

Ловушки Пеннинга-Мальмберга и ненейтральная плазма

Нейтральную плазму, как известно, трудно удержать. Напротив, Малмберг и его коллеги предсказали и продемонстрировали экспериментально [3] [4] [11] , что плазма с одним знаком заряда, такая как чистая электронная или чистая ионная плазма, может удерживаться в течение длительных периодов времени (например, часов). Это было достигнуто с помощью расположения электрических и магнитных полей, аналогичного ловушке Пеннинга , но оптимизированного для удержания однокомпонентной плазмы. В знак признания вклада Малмберга в разработку этих устройств их теперь называют ловушками Пеннинга–Малмберга .

Малмберг и его коллеги поняли, что ненейтральная плазма предлагает исследовательские возможности, недоступные для нейтральной плазмы. В отличие от нейтральной плазмы, плазма с одним знаком заряда может достигать состояний глобального теплового равновесия. [12] [13] Возможность использования статистической механики теплового равновесия для описания плазмы дает большое преимущество теории. [14] Более того, состояния вблизи таких теплового равновесия можно легче контролировать экспериментально, а отклонения от равновесия изучать с точностью.

Когда нейтральная плазма охлаждается, она просто рекомбинирует ; но плазма с одним знаком заряда может охлаждаться без рекомбинации. Малмберг построил ловушку для чистой электронной плазмы со стенками при 4,2 К. Циклотронное излучение электронов затем охладило плазму до нескольких Кельвинов. Теория утверждала, что столкновения электронов в такой сильно намагниченной и низкотемпературной плазме будут качественно отличаться от столкновений в более теплой плазме. Малмберг измерил скорость равнораспределения между компонентами скорости электронов, параллельными и перпендикулярными магнитному полю, и подтвердил поразительное предсказание, что она экспоненциально уменьшается с понижением температуры. [15]

Малмберг и Томас Майкл О'Нил предсказали, что очень холодная однокомпонентная плазма претерпит фазовый переход в объемно-центрированное кубическое кристаллическое состояние. [16] Позднее Джон Боллинджер и его коллеги создали такое состояние путем лазерного охлаждения плазмы однократно ионизированных ионов бериллия до температур в несколько милликельвинов. [17] В других экспериментах захваченная чистая электронная плазма используется для моделирования двумерной (2D) вихревой динамики, ожидаемой для идеальной жидкости. [18] [19]

В конце 1980-х годов была создана чистая позитронная (т. е. антиэлектронная) плазма с использованием технологии ловушек Пеннинга-Малмберга. [20] Это, а также достижения в удержании низкоэнергетических антипротонов , [21] привели к созданию низкоэнергетического антиводорода десятилетием позже. [22] [23] Эти и последующие разработки [24] [25] породили множество исследований с низкоэнергетической антиматерией . [26] Это включает в себя все более точные исследования антиводорода и сравнение со свойствами водорода [27] и образованием молекулы дипозитрония (Ps , ) [28], предсказанной JA Wheeler в 1946 году. [29] Технология ловушек Пеннинга-Малмберга в настоящее время используется для создания нового поколения высококачественных пучков атомов позитрония ( ) для исследований атомной физики . [30] [31] 2 {\displaystyle _{2}} е + е − е + е − {\displaystyle е^{+}е^{-}е^{+}е^{-}} е + е − {\displaystyle е^{+}е^{-}}

В более широком смысле основополагающие исследования Мальмберга с захваченной однокомпонентной и ненейтральной плазмой стимулировали развитие новых направлений физики плазмы, оказавших удивительно широкое влияние на весь мир физики.

Почести и награды

В 1985 году Мальмберг получил премию Джеймса Клерка Максвелла по физике плазмы от Американского физического общества за « выдающиеся экспериментальные исследования, которые расширили наше понимание взаимодействия волн и частиц в нейтральной плазме и повысили нашу уверенность в теории плазмы; а также за его пионерские исследования удержания и переноса чистой электронной плазмы ». [5]

А в 1991 году он был удостоен премии Джона Доусона за выдающиеся достижения в исследованиях физики плазмы совместно с Чарльзом Ф. Дрисколлом и Томасом Майклом О'Нилом за их исследования однокомпонентной электронной плазмы. [6]

Наследие

В 1993 году физический факультет Калифорнийского университета в Сан-Диего учредил в его честь премию Джона Холмса Малмберга. Она ежегодно присуждается выдающемуся студенту-физику, интересующемуся экспериментальной физикой. [32]

Ссылки

  1. ^ ab "Пионер физики плазмы в Калифорнийском университете в Сан-Диего умер". Los Angeles Times . 1992-11-24 . Получено 2020-02-23 .
  2. ^ ab Malmberg, JH; Wharton, CB (1964). «Бесстолкновительное затухание электростатических плазменных волн». Physical Review Letters . 13 (6): 184– 186. Bibcode : 1964PhRvL..13..184M. doi : 10.1103/PhysRevLett.13.184.
  3. ^ ab Malmberg, JH; Degrassie, JS (1975). «Свойства ненейтральной плазмы». Physical Review Letters . 35 (9): 577– 580. Bibcode : 1975PhRvL..35..577M. doi : 10.1103/PhysRevLett.35.577.
  4. ^ ab Malmberg, JH; Driscoll, CF (1980). «Длительное удержание чистой электронной плазмы». Physical Review Letters . 44 (10): 654– 657. Bibcode : 1980PhRvL..44..654M. doi : 10.1103/PhysRevLett.44.654.
  5. ^ ab "Лауреат премии Джеймса Клерка Максвелла по физике плазмы 1985 года". Американское физическое общество . Получено 23.02.2020 .
  6. ^ ab "Премия Джона Доусона за выдающиеся достижения в исследованиях физики плазмы". www.aps.org . Получено 23.02.2020 .
  7. ^ "Malmberg, JH" history.aip.org . Получено 2020-02-23 .
  8. ↑ Ландау, Л. Д. «О колебаниях электронной плазмы». ЖЭТФ , 16 : 574–586 (переиздано в 1965 г. Сборник трудов Ландау и Д. Тер Хаара (Оксфорд: Пергамон), стр. 445–60).
  9. ^ Gould, RW; O'Neil, TM; Malmberg, JH (1967). «Плазменное волновое эхо». Physical Review Letters . 19 (5): 219– 222. Bibcode : 1967PhRvL..19..219G. doi : 10.1103/PhysRevLett.19.219.
  10. ^ Malmberg, JH; Wharton, CB; Gould, RW; O'Neil, TM (1968). "Наблюдение эхо плазменных волн" (PDF) . Physics of Fluids . 11 (6): 1147. Bibcode : 1968PhFl...11.1147M. doi : 10.1063/1.1692075.
  11. ^ o'Neil, TM (1980). "Теорема ограничения для ненейтральной плазмы". Physics of Fluids . 23 (11): 2216. Bibcode : 1980PhFl...23.2216O. doi : 10.1063/1.862904.
  12. ^ Прасад, С.А.; О'Нил, Т.М. (1979). "Конечные тепловые равновесия столба чистой электронной плазмы". Физика жидкостей . 22 (2): 278. Bibcode : 1979PhFl...22..278P. doi : 10.1063/1.862578.
  13. ^ Дрисколл, CF; Малмберг, JH; Файн, KS (1988). «Наблюдение за переходом к тепловому равновесию в чистой электронной плазме». Physical Review Letters . 60 (13): 1290– 1293. Bibcode : 1988PhRvL..60.1290D. doi : 10.1103/PhysRevLett.60.1290. PMID  10037997.
  14. ^ Дубин, Дэниел Х. Э.; О'Нил, Т. М. (1999). «Захваченная ненейтральная плазма, жидкости и кристаллы (Состояния теплового равновесия)». Обзоры современной физики . 71 (1): 87– 172. Bibcode : 1999RvMP...71...87D. doi : 10.1103/RevModPhys.71.87.
  15. ^ Бек, BR; Фаянс, J.; Малмберг, JH (1992). «Измерение столкновительной анизотропной температурной релаксации в сильно намагниченной чистой электронной плазме». Physical Review Letters . 68 (3): 317– 320. Bibcode : 1992PhRvL..68..317B. doi : 10.1103/PhysRevLett.68.317. PMID  10045861.
  16. ^ Malmberg, JH; O'Neil, TM (1977). «Чистая электронная плазма, жидкость и кристалл». Physical Review Letters . 39 (21): 1333– 1336. Bibcode : 1977PhRvL..39.1333M. doi : 10.1103/PhysRevLett.39.1333.
  17. ^ Боллинджер, Дж. Дж.; Митчелл, ТБ; Хуан, X.-П.; Итано, ВМ; Тан, Дж. Н.; Еленкович, БМ; Уайнленд, DJ (2000). «Кристаллический порядок в охлажденной лазером, ненейтральной ионной плазме». Физика плазмы . 7 (1): 7– 13. Bibcode :2000PhPl....7....7B. doi :10.1063/1.873818.
  18. ^ Fine, KS; Driscoll, CF; Malmberg, JH; Mitchell, TB (1991). «Измерения симметричного слияния вихрей». Physical Review Letters . 67 (5): 588– 591. Bibcode : 1991PhRvL..67..588F. doi : 10.1103/PhysRevLett.67.588. PMID  10044936.
  19. ^ Fine, KS; Cass, AC; Flynn, WG; Driscoll, CF (1995). «Релаксация двумерной турбулентности в вихревых кристаллах». Physical Review Letters . 75 (18): 3277– 3280. Bibcode : 1995PhRvL..75.3277F. doi : 10.1103/PhysRevLett.75.3277. PMID  10059543.
  20. ^ Surko, CM; Leventhal, M.; Passner, A. (1989). «Позитронная плазма в лаборатории». Physical Review Letters . 62 (8): 901– 904. Bibcode : 1989PhRvL..62..901S. doi : 10.1103/PhysRevLett.62.901. PMID  10040367.
  21. ^ Габриэльс, Г.; Фей, X.; Хельмерсон, К.; Ролстон, С.Л.; Тьёлькер, Р.; Трейнор, ТА; Калиновский, Х.; Хаас, Дж.; Келлс, В. (1986). «Первый захват антипротонов в ловушке Пеннинга: источник килоэлектронвольт». Physical Review Letters . 57 (20): 2504– 2507. Bibcode :1986PhRvL..57.2504G. doi :10.1103/PhysRevLett.57.2504. PMID  10033784.
  22. ^ Аморетти, М.; Амслер, К.; Бономи, Г.; Бухта, А.; Боу, П.; Карраро, К.; Сезар, CL; Чарльтон, М.; Коллиер, MJT; Дозер, М.; Филиппини, В.; Хорошо, КС; Фонтана, А.; Фудзивара, MC; Фунакоши, Р.; Генуя, П.; Хангст, Дж.С.; Хаяно, РС; Хольцшайтер, Миннесота; Йоргенсен, Л.В.; Лагомарсино, В.; Ландуа, Р.; Линделёф, Д.; Риццини, Э. Лоди; МакРи, М.; Мэдсен, Н.; Мануцио, Г.; Марчесотти, М.; Монтанья, П.; и др. (2002). «Производство и обнаружение холодных атомов антиводорода». Природа . 419 (6906): 456– 459. Bibcode : 2002Natur.419..456A. ​​doi : 10.1038/nature01096 . PMID  12368849. S2CID  4315273.
  23. ^ Габриэльс, Г.; Боуден, Н. С.; Оксли, П.; Спек, А.; Сторри, Ч.; Тан, Дж. Н.; Вессельс, М.; Грзонка, Д.; Олерт, В.; Шеперс, Г.; Сефцик, Т.; Вальц, Дж.; Питтнер, Х.; Хэнш, TW; Хессельс, EA; Сотрудничество ATRAP (2002). "Управляемое производство холодного антиводорода и первое измеренное распределение состояний антиводорода". Physical Review Letters . 89 (23): 233401. Bibcode : 2002PhRvL..89w3401G. doi : 10.1103/PhysRevLett.89.233401. PMID  12485006.
  24. ^ Danielson, JR; Dubin, DHE; Greaves, RG; Surko, CM (2015). «Плазменные и ловушковые методы для науки с позитронами». Reviews of Modern Physics . 87 (1): 247– 306. Bibcode : 2015RvMP...87..247D. doi : 10.1103/RevModPhys.87.247 .
  25. ^ Fajans, J.; Surko, CM (2020). «Плазменные и ловушковые методы для науки с антиматерией». Physics of Plasmas . 27 (3): 030601. Bibcode : 2020PhPl...27c0601F. doi : 10.1063/1.5131273 .
  26. ^ Сурко, CM; Грибакин, GF; Бакман, SJ (2005). "Взаимодействие низкоэнергетических позитронов с атомами и молекулами". Журнал физики B: атомная, молекулярная и оптическая физика . 38 (6): R57 – R126 . doi :10.1088/0953-4075/38/6/R01. S2CID  15031194.
  27. ^ Ахмади, М.; Алвес, BXR; Бейкер, CJ; Берче, В.; Капра, А.; Каррут, К.; Сезар, CL; Чарльтон, М.; Коэн, С.; Коллистер, Р.; Эрикссон, С.; Эванс, А.; Эветтс, Н.; Фаянс, Дж.; Фризен, Т.; Фудзивара, MC; Гилл, доктор медицинских наук; Хангст, Дж.С.; Харди, Западная Нью-Йорк; Хайден, Мэн; Исаак, Калифорния; Джонсон, Массачусетс; Джонс, Дж. М.; Джонс, ЮАР; Джонселл, С.; Храмов А.; Кнапп, П.; Курчанинов Л.; Мэдсен, Н.; и др. (2018). «Характеристика перехода 1S–2S в антиводороде». Природа . 557 (7703): 71– 75. Bibcode : 2018Natur.557...71A. doi : 10.1038/s41586-018-0017-2. PMC 6784861. PMID  29618820 . 
  28. ^ Кэссиди, ДБ; Миллс, А.П. (2007). «Производство молекулярного позитрония». Nature . 449 (7159): 195– 197. Bibcode : 2007Natur.449..195C. doi : 10.1038/nature06094. PMID  17851519. S2CID  11269624.
  29. ^ Уилер, Джон Арчибальд (1946). «Полиэлектроны». Анналы Нью-Йоркской академии наук . 48 (3): 219– 238. doi :10.1111/j.1749-6632.1946.tb31764.x. S2CID  222088254.
  30. ^ Кэссиди, Дэвид Б. (2018). «Экспериментальный прогресс в физике позитрониевого лазера». The European Physical Journal D. 72 ( 3): 53. Bibcode : 2018EPJD...72...53C. doi : 10.1140/epjd/e2018-80721-y .
  31. ^ Мичишио, К.; Киари, Л.; Танака, Ф.; Ошима, Н.; Нагасима, И. (2019). «Высококачественная и настраиваемая по энергии система пучка позитрония, использующая позитронный пучок на основе ловушки». Обзор научных приборов . 90 (2): 023305. Bibcode : 2019RScI...90b3305M. doi : 10.1063/1.5060619. PMID  30831693. S2CID  73497181.
  32. ^ "UC San Diego | Стипендии и награды по физике". www-physics.ucsd.edu . Получено 23.02.2020 .
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=John_H._Malmberg&oldid=1184097930"