Биография

Американский физик Оуэн Чемберлен родился в Сан-Франциско (штат Калифорния), в семье Эдварда Чемберлена, радиолога в госпитале Станфордского университета, и Женевьевы Лусинды (Оуэн) Чемберлен. Когда мальчику было 10 лет, его семья переехала в Филадельфию, где он получил среднее образование. Степень бакалавра он получил в Дартмутском колледже в 1941 г. и поступил в аспирантуру Калифорнийского университета в Беркли. Однако после вступления США во вторую мировую войну он прервал обучение для участия в Манхэттенском проекте, секретной программе создания атомной бомбы. Он исследовал изотопы урана в Беркли под руководством Эрнеста О. Лоуренса, изобретателя циклотрона, и в 1943 г. был направлен в Лос-Аламос, где продолжал работу и присутствовал при первом испытании бомбы в 1945 г.

Сайт: Электронная библиотека НиТ

После войны Ч. специализировался по физике частиц в Аргоннской национальной лаборатории в Чикаго, сосредоточившись на диффузии медленных нейтронов в жидкостях. Одновременно он возобновил свои аспирантские исследования в Чикагском университете под руководством Энрико Ферми и получил докторскую степень в 1948 г. В этом же году он принял приглашение вернуться в Беркли преподавателем физики, став ассистент-профессором в 1950 г., адъюнкт-профессором в 1954 г. и полным профессором в 1958 г.

В Беркли Ч. воспользовался университетским циклотроном, новым ускорителем частиц высокой энергии, для того чтобы исследовать рассеяние быстрых протонов и нейтронов. В начале 50-х гг. он начал совместную работу с Эмилио Сегре, коллегой по Беркли, с которым он встречался во время войны в Лос-Аламосе, и с исследовательской группой, куда входили Клайд Вейганд и Томас Ипсилантис. Сегре был представителем известной итальянской физической школы, сложившейся под руководством Ферми в Римском университете в 30-х гг. Совместная работа привела к открытию антипротона, теоретически предсказанного двойника протона, но с противоположным электрическим зарядом и некоторыми другими обратными свойствами.

В 1928 г. английский физик П.А.М. Дирак предсказал существование античастиц (нечто вроде зеркального отражения обычных частиц, таких, как электрон и протон), основываясь на уравнениях, которые он вывел, объединив теорию относительности Альберта Эйнштейна с квантовой теорией. При отсутствии экспериментального подтверждения существование античастиц было принято не всеми. Доверие возросло, когда четыре года спустя Карл Д. Андерсон открыл позитрон, двойник отрицательного электрона, но с положительным зарядом (т.е. антиэлектрон). Позитрон наблюдался в космических лучах, высокоэнергетическом излучении, бомбардирующем Землю из космоса. Это открытие стимулировало поиски других античастиц с помощью вновь построенных ускорителей частиц. Поскольку античастицы возникают при разрушающем ядро соударении ускоренной частицы и мишени, для получения таких частиц требуется большая энергия. Для получения тяжелой частицы, подобной антипротону, требовалась энергия большая, чем могли обеспечить имеющиеся в то время ускорители.

Ситуация изменилась со строительством в Беркли беватрона, наиболее мощного в то время ускорителя частиц, способного разогнать частицы до энергий, достигающих миллиардов электрон-вольт. С помощью этой установки Ч., Сегре и их коллеги ускорили протоны до энергии в 6,2 млрд электрон-вольт и бомбардировали ими атомы меди. Хотя теоретически этой энергии было достаточно, чтобы получить антипротоны, их количество ожидалось небольшим, время жизни коротким и, кроме того, их крайне трудно было обнаружить среди обломков, остающихся после соударений, среди которых было большое число других субатомных частиц.

Решение проблемы обнаружения и идентификации было главным достижением Ч., Сегре и всей их исследовательской группы. Они разработали сложную и хитроумную систему, состоящую из магнитов и магнитных фокусирующих устройств, которая выделяла частицы, обладавшие массой, зарядом и скоростью антипротона, из всех остальных. Электронные счетчики и таймеры измеряли скорость частиц, когда они пролетали путь заданной длины; аннигиляция протон – антипротон регистрировалась с помощью фотоэмульсии (это являлось окончательным подтверждением других измерений); кроме того, использовались и другие средства для устранения возможных ошибок. Эмульсия фиксировала трек входящего антипротона, заканчивавшийся аннигиляцией, что напоминало звездочку, где роль лучей выполняли треки продуктов аннигиляции. Оказалось, что продуктами аннигиляции являются мезоны, примерно по пять штук на каждый акт аннигиляции.

В 1955 г., когда накопилось убедительное число (40) обнаружений (только одна из примерно 30 тыс. частиц была антипротоном, и один антипротон наблюдался примерно каждые 15 минут), ученые объявили об открытии антипротона. «Беватрон – это единственный источник энергии, достаточно большой для того, чтобы получить антипротоны, – сказал позднее Ч. – Даже звезды в миллион раз холоднее, чем нужно, тогда как водородная бомба, которая в основе своей не что иное, как звезда, принадлежит иной категории». Этот эксперимент показал также, что антипротоны возникают не сами по себе, а обязательно парами протон – антипротон, точно так же, как позитроны появляются только в парах электрон – позитрон. Данное наблюдение подтвердило теорию Дирака и убедило ученых в том, что существуют и другие античастицы, независимо от того, можно ли их наблюдать.

В течение месяцев, последовавших за основными экспериментами, Ч. с коллегами проводил смежные исследования, используя разнообразную фотографическую технику, чтобы получить побольше снимков аннигиляции протона с антипротоном. Стипендия Гуггенхейма позволила ему провести 1957 год на физическом факультете Римского университета, где он продолжал исследование антипротона, частично в содружестве с Эдоардо Амальди, еще одним физиком из первоначальной группы Ферми 30-х гг. По возвращении в Беркли Ч. получил звание полного профессора физики, а в следующем году он был приглашен на семестр в Гарвард в качестве лектора по физике.

«За открытие антипротона» Ч. и Сегре получили в 1959 г. Нобелевскую премию по физике. В своей речи Эрик Хультен из Шведской королевской академии наук воздал должное Ч. и его «остроумным методам распознавания и анализа новой частицы». В своей Нобелевской лекции Ч. подытожил результаты работы, которую он проделал вместе с коллегами. «Поскольку протон и нейтрон – близкие родственники, – сказал он, – ожидалось, что открытие антинейтрона последует быстро за открытием антипротона. Было бы естественно предположить, что существуют античастицы для всех заряженных частиц».

Оставаясь в Беркли, Ч. продолжал работать в области физики частиц, исследуя взаимодействие антипротонов с водородом и дейтерием, рассеяние пи-мезонов и возможность получения антинейтронов из антипротонов.

В 1943 г. Ч. женился на Беатрис Бабетт Купер, у них было три дочери и сын. Брак был расторгнут в 1978 г. Ч. – член Американского физического общества, Национальной академии наук, Американской ассоциации содействия развитию науки и Американской академии наук и искусств.