Доналд А. Глазер. Физики - нобелевские лауреаты на сайте "Физика вокруг нас"

Доналд А. ГЛАЗЕР (Glaser)

( 21.09.1926)

Нобелевская премия по физике, 1960 г. за «за изобретение пузырьковой камеры»

Американский физик Доналд Артур Глазер родился в Кливленде (штат Огайо) в семье эмигрантов из России Лены и Уильяма Дж. Глазер. Отец его был оптовым торговцем. Начальное и среднее образование Глазер получил в школах Кливленд-Хайтса. Талантливый музыкант, он занимался по классу скрипки, альта и композиции в Кливлендском институте музыки и в возрасте шестнадцати лет выступал с местным симфоническим оркестром.

Рано проявившиеся способности к математике побудили Глазера поступить в Кейзовский технологический институт (ныне университет Кейз-Вестерн-Резерв), который он закончил в 1946 г. со степенью бакалавра по физике и математике. Глазер учился в аспирантуре в Калифорнийском технологическом институте (Калтехе) под руководством Карла Д. Андерсона. В 1950 г. Глазера была присвоена докторская степень по физике и математике за работу, посвященную экспериментальному исследованию космических лучей высокой энергии и мезонов на уровне моря. За год до этого, по завершении курсовой работы в Калтехе, Глазер был принят на должность преподавателя физики в Мичиганский университет. В 1953 г. он стал ассистент-профессором, в 1955 г. – адъюнкт-профессором, а в 1957 г. – полным профессором.

В Мичиган Глазер привел интерес к элементарным частицам в космических лучах, которые с огромной энергией бомбардируют Землю. Взаимодействуя с веществом, такие частицы порождают новые частицы, также обладающие высокой энергией и, как правило, короткоживущие. В 20-е гг., когда Ч.Т.Р. Вильсон изобрел свою камеру, физики впервые открыли способ, позволяющий сделать видимыми треки частиц. Воздух в камере Вильсона содержит пересыщенный водяной пар, поэтому атомная или субатомная частица, пролетая через камеру, вызывает конденсацию пара в виде крохотных капелек воды вдоль своего пути. Треки становятся видимыми, и их можно фотографировать для последующих измерений.

Появившиеся в 50-е гг. новые мощные ускорители частиц не соответствовали возможностям старого метода обнаружения треков. Они разгоняли частицы до энергий, в 1000 раз более высоких, чем достижимые двадцать лет назад. Низкая плотность газа в камере Вильсона означала, что движущиеся с большой скоростью частицы могли проходить сравнительно большие расстояния прежде, чем они распадутся или израсходуют свою энергию. Чтобы получить треки таких частиц в камере Вильсона, потребовалась бы установка длиной более 100 м. Но сооружение такого гигантского прибора практически невозможно. Вместе с тем малая частота столкновений между налетающими частицами и атомами газа ограничивает число взаимодействий, доступных наблюдению, и число экзотических новых частиц, которые могли бы рождаться в результате таких взаимодействий. Количество данных, которые можно было бы собрать с помощью камеры Вильсона, ограничено и ее медлительностью: короткие периоды, в течение которых камера может фиксировать треки налетающих частиц, должны быть разделены промежутками времени не менее получаса, необходимыми для подготовки аппаратуры.

Приняв участие в сооружении нескольких традиционных камер Вильсона, Глазер начал поиск методов детектирования частиц высокой энергии, основанных на использовании более плотных веществ в камерах с большим рабочим объемом. По мнению Глазера, подходящей средой могла бы быть перегретая жидкость под давлением. Ему было известно, что жидкость можно поддерживать в течение некоторого времени в неустойчивом состоянии выше ее нормальной точки кипения. Такая жидкость не закипит спонтанно, но кипение в ней можно чем-нибудь вызвать. Глазер пытался установить, могут ли частицы высоких энергий быть «пусковыми механизмами» кипения перегретой жидкости под давлением. Он стал экспериментировать с бутылками подогретого пива и газированных прохладительных напитков, чтобы определить, влияет ли реактивный источник на пенообразование. В конце концов после более тонких экспериментов и расчетов он обнаружил, что при соответствующих условиях радиация могла бы «запускать» кипение жидкости. Например, если диэтиловый эфир нагреть до 140°C (т.е. до температуры, которая намного выше его нормальной точки кипения), то под действием радиации – космических лучей или от любого другого источника – он мгновенно закипает.

Используя набор небольших стеклянных камер различной формы с рабочим объемом в несколько кубических сантиметров и с перегретым эфиром в качестве рабочего вещества, Глазер попытался точно определить треки частиц ионизирующего излучения. Нагревая жидкость под высоким давлением и резко сбрасывая его, ему удалось создать очень неустойчивое состояние и зафиксировать четкие треки частиц с помощью высокоскоростной киносъемки прежде, чем жидкость закипала. Разработанный Глазером метод представляет собой как бы зеркальное отражение метода Вильсона. Если в камере Вильсона трек образуют капельки жидкости в газе, то в пузырьковой камере Глазер, первый вариант которой был построен в 1952 г., обратный процесс порождал трек из газовых пузырьков в жидкости.

Глазер быстро понял, что для экспериментов в области физики высоких энергий более подходящими были бы другие жидкости. Так, он построил пузырьковую камеру, где использовался жидкий водород при температуре –246°С. Эта установка, строительство которой было завершено в Чикагском университете в 1953 г., вскоре позволила обнаружить никогда ранее не наблюдавшиеся субатомные явления. В 1956 г. Глазер экспериментировал с камерами на сжиженном ксеноне. Высокая плотность этой среды позволила физикам фотографировать треки как нейтральных, так и заряженных частиц и наблюдать многие ранее неизвестные реакции. Надежды Глазера оправдались: его метод позволял строить большие пузырьковые камеры с очень короткими рабочими циклами. Такие камеры позволили зафиксировать поведение многих атомных частиц, не поддававшихся ранее наблюдению, и получить о них в тысячи раз большую информацию.

В 1959 г. Глазер в качестве приглашенного профессора побывал в Калифорнийском университете в Беркли и в следующем году стал постоянным сотрудником этого учебного заведения. За 1959...1960 гг. он собрал почти полмиллиона фотографий, используя новую пузырьковую камеру, построенную в Беркли под руководством Луиса У. Альвареса. Снабженная холодильной установкой и большим магнитом, позволявшим отклонять траектории заряженных частиц, эта камера была размерами с небольшой грузовик и уже этим сильно отличалась от колбочек емкостью в 3 кубических сантиметра, с которыми Глазер экспериментировал всего лишь семью годами ранее.

В 1969 г. Глазера была присуждена Нобелевская премия по физике «за изобретение пузырьковой камеры». Представляя нового лауреата на церемонии вручения премии, Кай Сигбан из Шведской королевской академии наук сказал: «Некоторые другие ученые также внесли большой вклад в практическое оформление различных типов пузырьковых камер, но фундаментальный вклад в ее создание принадлежит Глазеру».

После получения Нобелевской премии интерес Глазера привлекли проблемы приложения физики к молекулярной биологии. 1961 г. он провел в Копенгагенском университете, изучая микробиологию. Его дальнейшие исследования были посвящены эволюции бактерий, регуляции клеточного роста, канцерогенным веществам и генетическим мутациям. Приспособив к нуждам микробиологии установку для анализа фотографий, используемую при работе на пузырьковых камерах, Глазер разработал компьютеризованную сканирующую систему, которая автоматически идентифицирует виды бактерий. С 1964 г. Глазер – профессор биологии и физики в Беркли.

В 1960 г., вскоре после получения Нобелевской премии, Глазер женился на Рут Бонни Томпсон, аспирантке, с которой познакомился в Радиационной лаборатории Лоуренса в Беркли. У них родилось двое детей, но в 1969 г. брак был расторгнут. Человек спортивного склада, Глазер любит альпинизм, лыжи, теннис и парусный спорт. На протяжении всей своей жизни он сохраняет интерес к музыке, часто играет партии альта в местных камерных ансамблях.

Помимо Нобелевской премии Глазер удостоен премии Генри Рассела Мичиганского университета (1953), премии Чарлза Вернона Бойса Лондонского физического общества (1958) и премии Американского физического общества.

Лауреаты Нобелевской премии: Энциклопедия: Пер. с англ.– М.: Прогресс, 1992.