Frederick Reines - Frederick Reines

Frederick Reines
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Frederick Reines
Nació ( 03/16/1918 )16 de marzo de 1918
Paterson, Nueva Jersey
Fallecido 26 de agosto de 1998 (26 de agosto de 1998)(80 años)
Orange, California
Ciudadanía americano
Conocido por Neutrinos
Esposos) Sylvia Samuels (m. 1940; 2 hijos)
Premios
Carrera científica
Campos Física
Instituciones
Tesis Fisión nuclear y modelo de gota líquida del núcleo  (1944)
Asesor de doctorado Richard D. Presente
Estudiantes de doctorado Michael K. Moe (1965)

Frederick Reines ( / r aɪ n ɛ s / RY -nes ; marzo 16, 1918 a agosto 26, 1998 ) fue un físico . Fue galardonado con el Premio Nobel de Física de 1995 por su detección conjunta del neutrino con Clyde Cowan en el experimento de neutrinos . Puede que sea el único científico de la historia "tan íntimamente asociado con el descubrimiento de una partícula elemental y la posterior investigación exhaustiva de sus propiedades fundamentales".

Un graduado de Stevens Institute of Technology y la Universidad de Nueva York , Reines se unió al Proyecto Manhattan 's Laboratorio de Los Alamos en 1944, trabajando en la División Teórica de Richard Feynman ' s grupo. Allí se convirtió en líder de grupo en 1946. Participó en una serie de pruebas nucleares , que culminaron con su nombramiento como director de la serie de pruebas Operation Greenhouse en el Pacífico en 1951.

A principios de la década de 1950, trabajando en los sitios de Hanford y Savannah River , Reines y Cowan desarrollaron el equipo y los procedimientos con los que detectaron por primera vez los neutrinos supuestamente indetectables en junio de 1956. Reines dedicó la mayor parte de su carrera al estudio de las propiedades de los neutrinos y interacciones, cuyo trabajo influiría en el estudio del neutrino para muchos investigadores por venir. Esto incluyó la detección de neutrinos creados en la atmósfera por rayos cósmicos y la detección de neutrinos emitidos en 1987 por la Supernova SN1987A , que inauguró el campo de la astronomía de neutrinos .

Vida temprana

Frederick Reines nació en Paterson, Nueva Jersey , uno de los cuatro hijos de Gussie (Cohen) e Israel Reines. Sus padres eran emigrantes judíos del mismo pueblo de Rusia, pero solo se conocieron en la ciudad de Nueva York , donde más tarde se casaron. Tenía una hermana mayor, Paula, que se convirtió en médico, y dos hermanos mayores, David y William, que se convirtieron en abogados. Dijo que su "educación inicial estuvo fuertemente influenciada" por sus hermanos estudiosos. Era sobrino nieto del rabino Itzjak Yaacov Reines , fundador de Mizrachi , un movimiento religioso sionista .

La familia se mudó a Hillburn, Nueva York , donde su padre dirigía la tienda general , y pasó gran parte de su infancia. Él era un Eagle Scout . Mirando hacia atrás, Reines dijo: "Mis recuerdos de la primera infancia se centran en esta típica tienda de campo estadounidense y la vida en una pequeña ciudad estadounidense, incluidas las celebraciones del Día de la Independencia en julio marcadas por fuegos artificiales y música patriótica tocada desde un quiosco de música del pabellón".

Reines cantó en coro y como solista. Durante un tiempo consideró la posibilidad de una carrera como cantante, y fue instruido por un entrenador vocal de la Metropolitan Opera que le dio lecciones gratis porque la familia no tenía el dinero para ellas. Más tarde, la familia se mudó a North Bergen, Nueva Jersey , residiendo en Kennedy Boulevard y 57th Street. Debido a que North Bergen no tenía una escuela secundaria, asistió a Union Hill High School en Union Hill, Nueva Jersey (hoy Union City, Nueva Jersey ), de la cual se graduó en 1935.

Desde temprana edad, Reines mostró interés por la ciencia y le gustaba crear y construir cosas. Más tarde recordó que:

Los primeros indicios de interés por la ciencia que recuerdo ocurrieron durante un momento de aburrimiento en la escuela religiosa, cuando, mirando por la ventana el crepúsculo a través de una mano curvada para simular un telescopio , noté algo peculiar en la luz; fue el fenómeno de la difracción . Eso comenzó para mí una fascinación por la luz.

Irónicamente, Reines se destacó en los cursos de literatura e historia, pero recibió calificaciones promedio o bajas en ciencias y matemáticas en su primer año de secundaria, aunque mejoró en esas áreas en sus años junior y senior gracias al estímulo de un maestro que le dio un título. clave para el laboratorio de la escuela. Esto cultivó el amor por la ciencia en su último año. En respuesta a una pregunta que se les preguntó a los mayores sobre lo que querían hacer para una cita del anuario, él respondió: "Ser un físico extraordinario".

Reines fue aceptado en el Instituto de Tecnología de Massachusetts , pero optó por asistir al Instituto de Tecnología Stevens en Hoboken, Nueva Jersey , donde obtuvo su licenciatura en ciencias (BS) en ingeniería mecánica en 1939 y su Maestría en Ciencias (MS). Licenciado en física matemática en 1941, escribiendo una tesis sobre "Una revisión crítica de la teoría de la difracción óptica". Se casó con Sylvia Samuels el 30 de agosto de 1940. Tuvieron dos hijos, Robert y Alisa. Luego ingresó en la Universidad de Nueva York , donde obtuvo su Doctorado en Filosofía (Ph.D.) en 1944. Estudió rayos cósmicos allí con Serge A. Korff , pero escribió su tesis bajo la supervisión de Richard D. Presente sobre "Fisión nuclear y el modelo de gota líquida del núcleo ". La publicación de la tesis se retrasó hasta después del final de la Segunda Guerra Mundial ; apareció en Physical Review en 1946.

Laboratorio Los Alamos

Operation Greenhouse - Disparo para perros

En 1944 Richard Feynman reclutó Reines al trabajo en la División Teórica de la Proyecto Manhattan 's Laboratorio de Los Álamos , donde permanecería durante los siguientes quince años. Se unió al Grupo T-4 (Problemas de difusión) de Feynman, que formaba parte de la División T (Teórica) de Hans Bethe . La difusión fue un aspecto importante de los cálculos de masa crítica . En junio de 1946, se convirtió en líder de grupo, encabezando el Grupo T-1 (Teoría del Dragón). Una consecuencia del experimento de "hacer cosquillas en la cola del dragón ", el Dragón era una máquina que podía alcanzar un estado crítico durante breves ráfagas de tiempo, que podía usarse como herramienta de investigación o fuente de energía.

Reines participó en una serie de pruebas nucleares y redactó informes sobre sus resultados. Estos incluyeron la Operación Crossroads en Bikini Atoll en 1946, Operation Sandstone en Eniwetok Atoll en 1948 y Operation Ranger y Operation Buster-Jangle en el sitio de pruebas de Nevada . En 1951 fue director de la serie de pruebas nucleares Operation Greenhouse en el Pacífico. Esto vio las primeras pruebas estadounidenses de armas de fisión potenciadas , un paso importante hacia las armas termonucleares . Estudió los efectos de las explosiones nucleares y fue coautor de un artículo con John von Neumann sobre la formación del tallo de Mach, un aspecto importante de una onda expansiva de aire .

A pesar o quizás debido a su papel en estas pruebas nucleares, Reines estaba preocupado por los peligros de la contaminación radiactiva de las pruebas nucleares atmosféricas y se convirtió en un defensor de las pruebas nucleares subterráneas . A raíz de la crisis del Sputnik , participó en el Proyecto 137 de John Archibald Wheeler , que se convirtió en JASON . También fue delegado en la Conferencia de Átomos por la Paz en Ginebra en 1958.

Descubrimiento del neutrino y el funcionamiento interno de las estrellas.

El neutrino es una partícula subatómica propuesta por primera vez por Wolfgang Pauli el 4 de diciembre de 1930. La partícula era necesaria para resolver el problema de la energía faltante en las observaciones de la desintegración beta , cuando un neutrón se desintegra en un protón y un electrón . La nueva partícula hipotética era necesaria para preservar la ley fundamental de conservación de la energía . Enrico Fermi lo renombró neutrino , que en italiano significa "pequeño neutro", y en 1934 propuso su teoría de la desintegración beta mediante la cual los electrones emitidos desde el núcleo eran creados por la desintegración de un neutrón en un protón, un electrón y un neutrino:


norte0
 →
pag+
 +
mi-
 +
ν
mi

El neutrino explicaba la energía faltante, pero la teoría de Fermi describía una partícula con poca masa y sin carga eléctrica que parecía imposible de observar directamente. En un artículo de 1934, Rudolf Peierls y Hans Bethe calcularon que los neutrinos podrían atravesar fácilmente la Tierra y concluyeron que "no existe una forma prácticamente posible de observar el neutrino".

En 1951, Reines y su colega Clyde Cowan decidieron ver si podían detectar neutrinos y así probar su existencia. Al concluir la serie de pruebas de Greenhouse, Reines había recibido permiso del jefe de la División T, J. Carson Mark , para obtener una licencia de residencia para estudiar física fundamental. "Entonces, ¿por qué queríamos detectar el neutrino libre?" luego explicó: "Porque todo el mundo decía que no se podía".

Según la teoría de Fermi, también hubo una reacción inversa correspondiente, en la que un neutrino se combina con un protón para crear un neutrón y un positrón :


ν
mi +
pag+
 →
norte0
 +
mi+

El positrón pronto sería aniquilado por un electrón y produciría dos rayos gamma de 0,51 MeV , mientras que el neutrón sería capturado por un protón y liberaría un rayo gamma de 2,2 MeV. Esto produciría una firma distintiva que podría detectarse. Luego se dieron cuenta de que al agregar sal de cadmio a su centelleador líquido mejorarían la reacción de captura de neutrones, lo que resultaría en un estallido de rayos gamma de 9 MeV. Para una fuente de neutrinos, propusieron usar una bomba atómica. El permiso para esto se obtuvo del director del laboratorio, Norris Bradbury . El trabajo comenzó en la excavación de un pozo para el experimento cuando JMB Kellogg los convenció de usar un reactor nuclear en lugar de una bomba. Aunque era una fuente menos intensa de neutrinos, tenía la ventaja de permitir la realización de múltiples experimentos durante un largo período de tiempo.

En 1953, hicieron sus primeros intentos utilizando uno de los grandes reactores en el sitio nuclear de Hanford en lo que ahora se conoce como el experimento de neutrinos de Cowan-Reines . Su detector ahora incluía 300 litros (66 gal imp; 79 gal EE.UU.) de fluido centelleante y 90 tubos fotomultiplicadores , pero el esfuerzo se vio frustrado por el ruido de fondo de los rayos cósmicos. Con el apoyo de John A. Wheeler , volvieron a intentarlo en 1955, esta vez utilizando uno de los reactores más nuevos y más grandes de 700 MW en el sitio del río Savannah que emitía un alto flujo de neutrinos de 1,2 x 10 12 / cm 2 seg. También tenían una ubicación conveniente y bien protegida a 11 metros (36 pies) del reactor y 12 metros (39 pies) bajo tierra. El 14 de junio de 1956 pudieron enviar a Pauli un telegrama anunciando que se había encontrado el neutrino. Cuando le informaron a Bethe que se había demostrado que estaba equivocado, dijo: "Bueno, no debes creer todo lo que lees en los periódicos".

Supernova SN1987A (el objeto brillante en el centro), visto a través del Telescopio Espacial Hubble

A partir de entonces, Reines dedicó la mayor parte de su carrera al estudio de las propiedades e interacciones del neutrino, trabajo que influiría en el estudio del neutrino para futuros investigadores. Cowan dejó Los Alamos en 1957 para enseñar en la Universidad George Washington , poniendo fin a su colaboración. Sobre la base de su trabajo en la primera detección del neutrino , Reines se convirtió en el jefe del departamento de física de la Universidad Case Western Reserve de 1959 a 1966. En Case, dirigió un grupo que fue el primero en detectar neutrinos creados en la atmósfera por efectos cósmicos. rayos . Reines tenía una voz resonante y había sido cantante desde la infancia. Durante este tiempo, además de desempeñar sus funciones como supervisor de investigación y presidente del departamento de física, Reines cantó en el Coro de la Orquesta de Cleveland bajo la dirección de Robert Shaw en actuaciones con George Szell y la Orquesta de Cleveland .

En 1966, Reines se llevó consigo a la mayor parte de su equipo de investigación de neutrinos cuando se fue a la nueva Universidad de California, Irvine (UCI), convirtiéndose en su primer decano de ciencias físicas. En la UCI, Reines amplió los intereses de investigación de algunos de sus estudiantes de posgrado en el desarrollo de detectores de radiación médica , como para medir la radiación total administrada a todo el cuerpo humano en radioterapia .

Reines se había preparado para la posibilidad de medir los eventos distantes de una explosión de supernova. Las explosiones de supernovas son raras, pero Reines pensó que podría tener la suerte de ver una en su vida y poder atrapar los neutrinos que fluyen desde ella en sus detectores especialmente diseñados. Mientras esperaba a que explotara una supernova, colocó señales en algunos de sus grandes detectores de neutrinos, llamándolos "Sistemas de alerta temprana de supernova". En 1987, los neutrinos emitidos por la Supernova SN1987A fueron detectados por la Colaboración Irvine-Michigan-Brookhaven (IMB), que utilizó un detector Cherenkov de 8.000 toneladas ubicado en una mina de sal cerca de Cleveland . Normalmente, los detectores registran solo unos pocos eventos de fondo cada día. La supernova registró 19 eventos en solo diez segundos. Se considera que este descubrimiento inaugura el campo de la astronomía de neutrinos .

En 1995, Reines fue honrado, junto con Martin L. Perl, con el Premio Nobel de Física por su trabajo con Cowan en la primera detección del neutrino. Desafortunadamente, Cowan murió en 1974 y el Premio Nobel no se otorga póstumamente. Reines también recibió muchos otros premios, incluido el Premio Memorial J. Robert Oppenheimer en 1981, la Medalla Nacional de la Ciencia en 1985, el Premio Bruno Rossi en 1989, el Premio Michelson-Morley en 1990, el Premio Panofsky en 1992 y el Premio Franklin. Medalla en 1992. Fue elegido miembro de la Academia Nacional de Ciencias en 1980 y miembro extranjero de la Academia de Ciencias de Rusia en 1994. Siguió siendo decano de ciencias físicas en la UCI hasta 1974, y se convirtió en profesor emérito en 1988, pero continuó enseñando hasta 1991 y permaneció en la facultad de la UCI hasta su muerte.

Muerte

Frederick Reines Hall de la Universidad de California, Irvine alberga el Departamento de Física y Astronomía y parte del Departamento de Química.

Reines murió después de una larga enfermedad en el Centro Médico Irvine de la Universidad de California en Orange, California , el 26 de agosto de 1998. Le sobrevivieron su esposa e hijos. Sus trabajos están recopilados en las Bibliotecas de la UCI. Frederick Reines Hall, que alberga el Departamento de Física y Astronomía de la Universidad de California, Irvine, fue nombrado en su honor.

Publicaciones

Notas

Referencias

enlaces externos