Герберт Х. Чен - Herbert H. Chen

Герберт Хва-сен Чен
Родившийся(1942-03-16)16 марта 1942 г.
Chungking, Китай
Умер7 ноября 1987 г.(1987-11-07) (45 лет)
Ирвин, Калифорния Соединенные Штаты
НациональностьСоединенные Штаты Америки
Альма-матерКалифорнийский технологический институт (BS)
Университет Принстона (Кандидат наук)
Супруг (а)Кэтрин Ли (1969 - 1987)
Научная карьера
ПоляФизика элементарных частиц
УчрежденияКалифорнийский университет в Ирвине
ТезисЭлектромагнитное моделирование нарушения обращения времени (1968)
ДокторантСэм Трейман

Герберт Хва-сен Чен (Китайский : 陈华生) (16 марта 1942 - 7 ноября 1987) был физиком-теоретиком и экспериментатором в Калифорнийский университет в Ирвине известен своим вкладом в области обнаружение нейтрино. Работа Чена по наблюдениям за упругим нейтрино -электрон рассеяние обеспечило важную экспериментальную поддержку электрослабая теория из стандартная модель физики элементарных частиц.[1] В 1984 году Чен понял, что дейтерий тяжелой воды можно было бы использовать в качестве детектора, который бы различал ароматы солнечные нейтрино.[2] Эта идея привела Чена к разработке планов Нейтринная обсерватория Садбери что в конечном итоге приведет к фундаментальным измерениям, демонстрирующим, что нейтрино были частицами с массой.

Образование и ранняя жизнь

Чен (слева) и профессор Тадаёси Доке (справа) во время посещения Университет Васэда в Токио в 1986 году. На заднем плане - криостат, наверное, жидкость аргон основан калориметр в лаборатории профессора Дока.

Рожден в Разбивка, Китай в 1942 году у Чэня было раннее детство нестабильности и незащищенности военного времени. Он иммигрировал в США со своей семьей в 1955 году.[3] при Эйзенхауэре Закон о помощи беженцам 1953 г.[4] Он закончил Средняя школа из Академия Кушинга, Массачусетс в 1960 г.[3] Получив образование, почти полностью поддерживаемое стипендиями, он впоследствии получил Бакалавр степень по физике от Калифорнийский технологический институт в 1964 г.[4] Чен тогда заработал докторская степень в теоретическая физика из Университет Принстона в 1968 г. написание диссертации на тему «Электромагнитное моделирование нарушения обращения времени» под руководством Сэм Трейман.[5][6]

Чен присоединился к недавно сформированному физическому факультету в Калифорнийский университет в Ирвине в качестве постдокторанта-теоретика в 1968 г.[7][8] Он был ранним дополнением к Фредерик Райнес «Группа Нейтрино. Райнес работал в военное время Манхэттенский проект, и обнаружил нейтрино в 1956 году, что принесло ему Нобелевская премия в 1995 г.[9] и помог основать новый университет в Ирвине в 1966 году.[8] Хотя Чен получил образование в области теоретической физики, он начал долгосрочную экспериментальную программу по разработке методов измерения свойств нейтрино.[7]

Чен был назначен доцентом физики в Калифорнийском университете. Ирвин в 1974 году,[10] и профессору физики в 1980 г.[11]

Физика нейтрино в LAMPF

Чен начал программу исследований по использованию плотного потока нейтрино, созданного в лаборатории физики мезонов в Лос-Аламосе (LAMPF), которая сейчас называется Лос-Аламосский центр нейтронной науки. В то время как ускоритель LAMPF был разработан, в первую очередь, для ускорения пучка протонов высокой интенсивности до энергии, достаточной для создания несвязанных пионы побочными продуктами работы LAMPF были интенсивные импульсы нейтрино с кинетической энергией от 10 до 55 миллионов электрон-вольт (МэВ).[12] В 1971 году, еще до начала работы LAMPF, К. Ланде, Ф. Рейнес и другие, включая Чена, предложили использовать эти нейтрино.[12][13] К 1981 году Чен был председателем рабочей группы по нейтринным установкам и в Технической консультативной группе группы пользователей LAMPF.[14]

Одним из направлений работы Чена в LAMPF был эксперимент E-225, начатый в 1975 году и возглавляемый Ченом, по измерению электронного нейтрино-электронного упругого рассеяния.


ν
е +
е−
 →
ν
е +
е−
.[12]

Это, казалось бы, простое взаимодействие на самом деле слабая сила взаимодействие, опосредованное нейтральным
Z0
 или заряженный
W+
,
W−
 бозоны слабого взаимодействия.[15] В последнем взаимодействии электрон превращается в нейтрино (и наоборот) за счет обмена виртуальными частицами. Таким образом, измерение упругого рассеяния было средством определения свойств бозонов, впервые обнаруженных в лаборатории физики элементарных частиц. ЦЕРН в 1983 г. Измерения этого поперечного сечения, окончательные результаты, опубликованные в 1993 г., полностью согласуются с Стандартная модель предсказания. Подтвердив квантово-механические интерференционные эффекты двух режимов взаимодействия, эксперимент LAMPF E-225 стал важной проверкой теории Стандартной модели.[1]

Временная проекционная камера с жидким аргоном

В 1976 году Чен с сотрудниками U.C. Ирвин и Калифорнийский технологический институт предложили одно из первых применений жидкости. аргон в камера времени проекции (жидкий Ar TPC).[16][17] Это предложение было независимым и почти одновременно с ним. Карло Руббиа предложение построить такое устройство в ЦЕРНе для экспериментов по физике редких частиц.[18] Первоначальные цели Чена с таким детектором заключались в изучении рассеяния нейтрино-электронов, но цели эволюционировали, чтобы измерить солнечные или космические нейтрино или распад протона.[16][18][19]

Вычисления для физики элементарных частиц по сети

В 1984 году Чен возглавил специальный комитет, спонсируемый Национальный фонд науки (NSF), чтобы изучить проблему того, как физики элементарных частиц могут получить удаленный доступ к нескольким суперкомпьютерным центрам NSF в Соединенных Штатах для своих вычислений.[20] Как описано Джон Крамер, профессор физики Вашингтонский университет в Сиэтл, окончательный отчет комитета был составлен Ченом. Представленный отчет способствовал действиям Конгресса, спонсируемым сенатором. Альберт Гор. В итоге пять новых суперкомпьютерных центров NSF в США были созданы с помощью NSFNET предназначен для подключения их к университетам и другим пользователям.[20] NSFNET вскоре был объединен с ARPANET, и эта сеть в конечном итоге стала Интернет.

Проблема солнечных нейтрино

Основная статья: Проблема солнечных нейтрино

Солнце исполняет термоядерная реакция через протон-протонная цепная реакция, который преобразует четыре протоны в альфа-частицы, нейтрино, позитроны, и энергия.[21] Энергия процесса синтеза выделяется в виде электромагнитного излучения, гамма излучение, а кинетическая энергия как заряженных частиц, так и нейтрино. Нейтрино перемещаются от ядра Солнца к Земле без заметного поглощения внешними слоями Солнца. Ожидаемое количество солнечных нейтрино, прибывающих на Землю, можно рассчитать с помощью стандартная солнечная модель.[21] Модель дает подробный отчет о внутренней работе Солнца.

В конце 1960-х гг. Рэй Дэвис и Джон Н. Бэколл разработал Хоумстейк Эксперимент измерить поток нейтрино от Солнца. В рамках Золотой рудник Хоумстейк в Свинец, Южная Дакота, Дэвис разместил резервуар объемом 380 кубических метров (100 000 галлонов) перхлорэтилен 1478 метров (4850 футов) под землей в качестве нейтринной цели. Эксперимент будет измерять взаимодействие нейтрино с хлор, поскольку перхлорэтилен - обычная жидкость для химической чистки, богатая этим элементом. Мишень глубоко под землей была необходима для уменьшения шума от космических лучей, в то время как большая цель была необходима, поскольку вероятность успешного захвата нейтрино была очень мала. Ожидалась очень низкая эффективная скорость обнаружения даже при огромной массе цели. В эксперименте было измерено гораздо меньше нейтринных взаимодействий, чем ожидалось, что указывает на дефицит нейтринного потока. Многие последующие радиохимические и водные Черенков детекторы подтвердили дефицит, который стал известен как проблема солнечных нейтрино. Результат, казалось, означал, что нейтрино меняли свои свойства, когда они путешествовали от Солнца к Земле.

В 2002 году Рэй Дэвис и Масатоши Кошиба выиграл часть Нобелевская премия по физике за экспериментальную работу, в ходе которой было обнаружено, что количество солнечных нейтрино составляет около трети от числа, предсказываемого стандартной солнечной моделью.[22]

Тяжелая вода для детектора нейтрино

В 1984 году Чен предложил использовать большой тяжелая вода детектор как средство наблюдения нейтрино от Солнца для решения проблемы солнечных нейтрино.[2][23] Использование дейтерий тяжелой воды обладают тем свойством, что нейтринные взаимодействия могут наблюдаться как нейтральный ток и заряженный ток реакции:


ν
 + d+ →
ν
 +
п+
 +
п
 (ток нейтрали)

ν
е + d+ →
е−
 +
п+
 +
п+
 (заряженный ток)

где слева
ν
,
ν
е, и d относятся к обычному нейтрино, электронному нейтрино и дейтерию, соответственно, а справа
п+
,
п
, и
е−
 относятся к протону, нейтрону и электрону.[24][25] Указаны их электрические заряды. Есть три разных типа нейтрино или ароматы, электрон, мюон, или же тау. В реакции нейтрального тока участвуют все типы нейтрино, в то время как в реакции заряженного тока участвуют только нейтрино электронного типа. Заряженный ток опосредуется заряженным
W+
 и
W−
 бозонов, а нейтральный ток опосредуется нейтральными
Z0
. Вышеуказанные реакции можно различить в детекторе по их различным свойствам, например, гамма-излучение от захват нейтрона в первой реакции, и Черенковское излучение электрона во второй реакции. Относительные скорости этих реакций были бы очень разными, если бы нейтрино меняли или не меняли аромат, когда они путешествовали от Солнца к Земле.

Чен и другие сформировали исследовательскую группу, которая разработала Нейтринная обсерватория Садбери (SNO), чтобы использовать идею его основополагающей статьи.[2][26] Обсерватория должна была быть расположена на 2100 м под землей в никелевом руднике недалеко от г. Садбери, Онтарио, Канада. Чен был руководителем и представителем этого проекта в США, а Джордж Эван возглавлял канадскую команду.[2][27] В то время как одно из направлений исследований было сосредоточено на вопросе о солнечных нейтрино, использование термина «Обсерватория» должно было подчеркнуть намерение использовать установку для регистрации импульсов нейтрино, производимых астрономическими событиями. нейтринная астрономия.[28] Аргумент астрономической обсерватории оказался убедительным после того, как нейтринные вспышки были обнаружены из сверхновая звезда SN 1987A в феврале 1987 г.[29] Первоначальной проблемой, которую решали Чен и его сотрудничество, было приобретение 1000 тонн тяжелой воды у канадской ядерной энергетической компании. Атомная энергия Канады Лимитед который будет использоваться как детектор.[2] Основная проблема с наблюдениями нейтрино состоит в том, что вероятность взаимодействия настолько мала, что требуется огромное количество возможных целей, чтобы иметь возможность наблюдать небольшое количество взаимодействий, которые происходят.

Смерть

На этапе интенсивного планирования и разработки SNO Чену поставили диагноз: лейкемия. После годичной борьбы с болезнью Чен умер в ноябре 1987 года.[4] В январе 1988 г. в Калифорнийском университете прошел симпозиум по физике нейтрино. Ирвина в честь вклада Чена, модератором которого является Фредерик Рейнс. Основным докладчиком был лауреат Нобелевской премии и астрофизик Уильям Фаулер, который вел дискуссию на тему «Херб Чен и солнечные нейтрино».[30]

Калифорнийский университет в Ирвине по физическим наукам учредил премию Герберта Х. Чена, «присуждаемую выдающимся студентам-физикам младших классов».[31]

Нейтринная обсерватория Садбери

Основная статья: Нейтринная обсерватория Садбери

Обсерватория Садбери нейтрино была завершена в 1990-х годах, и ее первым директором был сотрудник Чена, Артур Б. Макдональд.[2][32][33] Наблюдения SNO продемонстрируют, что нейтрино колеблются между ароматами нейтрино (электрон, мюон и тау), тем самым демонстрируя, что нейтрино не было безмассовым.[28] За это фундаментальное открытие в физике компания McDonald и Сотрудничество нейтринной обсерватории Садбери были награждены премией 2015 г. Нобелевская премия по физике совместно с японским физиком Такааки Кадзита и Супер-Камиоканде Сотрудничество.[34]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б Зубер, К. (2004). Физика нейтрино. Нью-Йорк, Лондон: Тейлор и Фрэнсис Групп. п. 56. ISBN  978-0-7503-0750-5.
  2. ^ а б c d е ж Ewan, G.T .; Дэвидсон, В.Ф. (2005). «Раннее развитие подземной лаборатории SNO в Канаде» (PDF). Физика в Канаде. 61. С. 339–346, 347–350. Получено 13 декабря, 2016.
  3. ^ а б «Херб Чен '60: революционный вклад в исследования, удостоенные Нобелевской премии 2015 года». Журнал Академии Кушинга: Кушинг вчера и сегодня. Академия Кушинга. Весна 2016. Получено 30 мая, 2017.
  4. ^ а б c Bander, M .; Reines, F .; Шоу, Г. (1987). "Герберт Х. Чен, Физика: Ирвин". В память. Калифорнийский университет. Получено 13 октября, 2015.
  5. ^ «Электромагнитное моделирование нарушения обращения времени». Университет Принстона. Получено 25 января, 2017.
  6. ^ Чен, Х.Х. (1969). "Электромагнитное моделирование нарушения обращения времени в бета-распадах зеркального спина-3/2". Физический обзор. 185 (5): 2003–2006. Bibcode:1969ПхРв..185.2003С. Дои:10.1103 / PhysRev.185.2003.
  7. ^ а б Allen, R .; Doe, P .; Рейнес, Ф. (1988). "Герберт Х. Чен (Некролог)". Физика сегодня. 4 (9): 128. Bibcode:1988ФТ .... 41и.128А. Дои:10.1063/1.2811575.
  8. ^ а б Kropp, W .; Schultz, J .; Собель, Х. (2009). Фредерик Райнес, 1918–1998 гг. Биографические воспоминания (PDF). Вашингтон, округ Колумбия.: Национальная Академия Наук. Получено 17 марта, 2010.
  9. ^ Райнес, Фредерик (8 декабря 1995 г.). «Нейтрино: от полтергейста к частицам» (PDF). Нобелевский фонд. Получено 20 февраля, 2015. Лекция о Нобелевской премии
  10. ^ «Назначения и продвижения: Ирвин: до доцента или эквивалент». Бюллетень университета: публикация для преподавателей и сотрудников Калифорнийского университета.. Калифорнийский университет. 16 декабря 1974 г. Отсутствует или пусто | url = (помощь)
  11. ^ "Калифорнийский университет в Ирвине, 1980-81 Общий каталог" (PDF). Кафедра физики. 1980. Получено 6 июня, 2017.
  12. ^ а б c Гарви, Г. (1997). "Краткая история экспериментов с нейтрино в LAMPF". Лос-Аламос Сайенс. 25: 8 п.. Получено 21 января, 2017.
  13. ^ Lande, K .; Рейнес, Ф. (1971). "Предложение по установке нейтрино LAMPF". Отчет Лос-Аламосской научной лаборатории. LA-4842-MS: 51 стр.. Получено 21 января, 2017.
  14. ^ Кокран, Д.Р.Ф. (1982). «Протоколы пятнадцатого собрания группы пользователей LAMPF». Материалы группы пользователей LAMPF, Национальная лаборатория Лос-Аламос, Нью-Мексико (США): 136 п.. Получено 20 января, 2017.
  15. ^ Allen, R.C .; Chen, H.H .; и другие. (1993). «Исследование упругого рассеяния электрон-нейтрино-электрон на LAMPF». Физический обзор D. 47 (1): 11–28. Bibcode:1993ПхРвД..47 ... 11А. Дои:10.1103 / PhysRevD.47.11. PMID  10015375.
  16. ^ а б Chen, H.H .; Condon, P.E .; Barish, B.C .; Скиулли, Ф.Дж. (1976). «Детектор нейтрино, чувствительный к редким процессам. I. Исследование нейтринных электронных реакций» (PDF). Национальная ускорительная лаборатория Ферми. Предложение P-496: 42 п.. Получено 28 января, 2017.
  17. ^ Chen, H.H .; Латроп, Дж. Ф. (1978). «Наблюдение ионизации электронов, дрейфующих на большие расстояния в жидком аргоне». Ядерные приборы и методы в физических исследованиях. 150 (3): 585–588. Bibcode:1978NucIM.150..585C. Дои:10.1016 / 0029-554x (78) 90132-5.
  18. ^ а б Док, Т. (1993). «Исторический взгляд на исследования и разработки для детекторов жидких инертных газов». Ядерные приборы и методы в физических исследованиях. A327 (1): 113–118. Bibcode:1993НИМПА.327..113Д. Дои:10.1016 / 0168-9002 (93) 91423-К.
  19. ^ «Камере временной проекции исполняется 25 лет». ЦЕРН: ЦЕРН Курьер. 27 декабря 2004 г.. Получено 29 января, 2017.
  20. ^ а б Крамер, Дж. (2013). «Как мы с Элом Гором изобрели Интернет». Аналоговая научная фантастика и факты. Март, колонка альтернативных мнений, AV-166: 113–118. Получено 28 января, 2017.
  21. ^ а б Серенелли, А. (2008). «Стандартные солнечные модели». В Soler, F.J.P .; Froggatt, C.D .; Мухейм, Ф. (ред.). Нейтрино в физике элементарных частиц, астрофизике и космологии. Бока-Ратон, Флорида: CRC Press. п. 119. ISBN  9781420082395.
  22. ^ «Нобелевская премия по физике 2002 г.». Получено 18 июля, 2006.
  23. ^ McDonald, A.B .; Klein, J.R .; Wark, D.L. (2003). «Решение проблемы солнечного нейтрино». Scientific American. 288 (4): 40–49. Bibcode:2003SciAm.288d..40M. Дои:10.1038 / scientificamerican0403-40. PMID  12661314.
  24. ^ Чен, Х.Х. (1985). "Солнечные нейтрино и нейтринная астрономия (Homestake, 1984)". AIP Conf. Proc. 126: 249–276. Дои:10.1063/1.35156.
  25. ^ Чен, Х.Х. (1985). «Прямой подход к решению проблемы солнечных нейтрино». Phys. Rev. Lett. 55 (14): 1534–1536. Bibcode:1985ПхРвЛ..55.1534С. Дои:10.1103 / PhysRevLett.55.1534. PMID  10031848.
  26. ^ Sinclair, D .; Carter, A.L .; Кесслер, Д .; и другие. (1986). «Предложение построить нейтринную обсерваторию в Садбери, Канада». Il Nuovo Cimento C. 9 (2): 308–317. Bibcode:1986NCimC ... 9..308S. Дои:10.1007 / BF02514850. S2CID  122544471.
  27. ^ Chen, H.H .; для коллаборации с нейтринной обсерваторией Садбери (1988 г.). «Нейтринная обсерватория Садбери: исследования нейтрино Солнца и сверхновых с помощью большого черенковского детектора на тяжелой воде». Ядерные приборы и методы в физических исследованиях. A264 (1): 48–54. Bibcode:1988НИМПА.264 ... 48С. Дои:10.1016/0168-9002(88)91101-1.
  28. ^ а б «Нейтринная обсерватория Садбери - взгляд Канады на вселенную». ЦЕРН: Курьер ЦЕРН. 4 декабря 2001 г.. Получено 15 декабря, 2016.
  29. ^ Arnett, W.D .; и другие. (1989). «Сверхновая 1987А». Ежегодный обзор астрономии и астрофизики. 27: 629–700. Bibcode:1989ARA & A..27..629A. Дои:10.1146 / annurev.aa.27.090189.003213.
  30. ^ "Семинар UCI, посвященный работе Чена по нейтрино". Лос-Анджелес Таймс. 31 декабря 1987 г.. Получено 20 января, 2017.
  31. ^ "Физические науки UCI, награды и награды". Калифорнийский университет в Ирвине. Получено 30 января, 2017.
  32. ^ Boger, J .; и другие. (2000). "Нейтринная обсерватория Садбери". Ядерные приборы и методы в физических исследованиях. A449 (1–2): 172–207. arXiv:nucl-ex / 9910016. Bibcode:2000NIMPA.449..172B. Дои:10.1016 / S0168-9002 (99) 01469-2.
  33. ^ "Интервью с Артуром Б. Макдональдом". Архивировано из оригинал 17 ноября 2007 г.. Получено 2 ноября, 2007.
  34. ^ «Нобелевская премия по физике 2015 г.». Получено 24 января, 2017.

внешняя ссылка