Лео Джеймс Рейнуотер (9 декабря 1917 — 31 мая 1986) — американский физик, лауреат Нобелевской премии по физике 1975 года за участие в определении асимметричных форм некоторых атомных ядер .
Во время Второй мировой войны он работал над Манхэттенским проектом , в рамках которого были разработаны первые атомные бомбы . В 1949 году он начал разрабатывать свою теорию о том, что, вопреки тогдашнему мнению, не все атомные ядра имеют сферическую форму. Его идеи были позже проверены и подтверждены экспериментами Оге Бора и Бена Моттельсона . Он также внес вклад в научное понимание рентгеновских лучей и участвовал в работе Комиссии по атомной энергии США и военно-морских исследовательских проектах.
Рейнуотер присоединился к физическому факультету Колумбийского университета в 1946 году, где он достиг звания полного профессора в 1952 году и был назначен профессором физики имени Пупина в 1982 году. Он получил премию Эрнеста Орландо Лоуренса по физике в 1963 году, а в 1975 году был удостоен Нобелевской премии по физике «за открытие связи между коллективным движением и движением частиц в атомных ядрах и разработку теории структуры атомного ядра на основе этой связи». [1]
Лео Джеймс Рейнуотер родился 9 декабря 1917 года в Каунсиле, штат Айдахо , в семье бывшего инженера-строителя, управлявшего местным универсальным магазином, [2] Лео Джаспара Рейнуотера и его жены Эдны Элизы, урожденной Тиг. [3] Он никогда не использовал свое имя и всегда назывался Джеймсом или Джимом. Его отец умер во время эпидемии гриппа 1918 года , и Рейнуотер с матерью переехали в Ханфорд, Калифорния , где она вышла замуж за Джорджа Фаулера, вдовца с двумя сыновьями, Фрименом и Джоном. Со временем у него также появился единокровный брат, Джордж Фаулер-младший, который стал военно-морским офицером. В средней школе он преуспел в математике, химии и физике и был принят в Калифорнийский технологический институт по результатам конкурса по химии. [3] [4] Он получил степень бакалавра наук по специальности «физика» в 1939 году. [5]
Затем Рейнуотер решил поступить в аспирантуру Колумбийского университета . В то время это был необычный шаг для ученого из Калифорнии, поскольку Колумбия тогда не была известна своей физикой; но недавно это изменилось. Джордж Б. Пеграм недавно создал физический факультет и нанял таких ученых, как Энрико Ферми . [4] В Колумбии Рейнуотер учился у Исидора Айзека Раби , Энрико Ферми, Эдварда Теллера и Джона Р. Даннинга . [2] Ферми занимался исследованиями замедлителей нейтронов , которые привели к созданию первого ядерного реактора, в то время как Даннинг и Юджин Т. Бут построили первый циклотрон Колумбии в подвале Физических лабораторий Пупина . [6] Рейнуотер получил степень магистра искусств в 1941 году. [5] Для своей докторской диссертации по философии на тему «Исследования нейтронного пучка бора, кадмия и распределения энергии в парафине» [7], написанной под руководством Даннинга, он построил нейтронный спектрометр и разработал методы его использования. [6] Рейнуотер женился на Эмме Луизе Смит в марте 1942 года. [2] У них было три сына, Джеймс, Роберт и Уильям, и дочь Элизабет Энн, которая умерла от лейкемии, когда ей было девять лет. [8]
Группа Ферми по реактору переехала в Металлургическую лабораторию Чикагского университета в 1942 году. Рейнуотер остался в Колумбийском университете, где присоединился к Лабораториям по замещающим сплавам (SAM) Манхэттенского проекта . Манхэттенский проект был попыткой союзников во время Второй мировой войны разработать атомные бомбы . Основной задачей лабораторий SAM была разработка технологии газовой диффузии для обогащения урана , чтобы производить расщепляющийся уран-235 для использования в атомных бомбах. Рейнуотер работал с Уильямом У. Хэвенсом-младшим и Цзянь-Шюн Ву , в основном над исследованиями нейтронных сечений с использованием нейтронного спектрометра. [2] После войны дюжина статей Даннинга, Хэвенса, Рейнуотера и Ву были рассекречены и опубликованы. [9] Также была опубликована его диссертация в Physical Review в двух частях вместе с диссертацией Хейвенса, [10] [11] и в 1946 году он получил докторскую степень. [2] В 1963 году он был награжден премией имени Эрнеста Орландо Лоуренса Комиссии по атомной энергии США за свою работу над Манхэттенским проектом. [12]
Рейнуотер остался в Колумбийском университете в качестве преподавателя. В 1948 году он начал читать лекции по структуре ядра. Нильс Бор и Джон Уилер разработали теоретическую трактовку ядерного деления в 1939 году, которую они основывали на модели жидкой капли ядра. [13] В 1949 году ее заменила модель ядерных оболочек Марии Гёпперт Майер , которая могла объяснить больше о структуре тяжелых элементов, чем старая теория, но все еще имела ограничения. На коллоквиуме в Колумбийском университете в 1949 году Чарльз Х. Таунс сообщил об экспериментальных результатах, которые указывали на квадрупольные моменты, большие, чем те, которые указывала модель оболочек. Рейнуотеру пришло в голову, что это можно объяснить, и различия между моделями жидкой капли и ядерной оболочки можно было бы примирить, если бы атомное ядро не было сферическим, как предполагалось, а могло принимать другие формы. [12] Рейнуотер опубликовал свою теоретическую работу в 1950 году. [14] По воле случая в том году он делил офис с Оге Бором , [2] который взялся за задачу экспериментальной проверки теории Рейнуотера. Бор и Бен Моттельсон опубликовали свои результаты в трех статьях в 1952 и 1953 годах, которые окончательно подтвердили теорию. [15] Рейнуотер чувствовал, что его модель была упущена из виду. Позже он вспоминал, что:
Когда я предложил использовать сфероидальную ядерную модель, это казалось очевидным ответом, который немедленно и одновременно будет предложен всеми теоретиками в этой области. Я не понимаю, почему этого не произошло. Я также был удивлен и обескуражен, услышав, как один или несколько уважаемых теоретиков на каждой конференции по ядерной физике, которую я посещал до 1955 года, заявляли о таких комментариях, как: «Хотя модель ядерной оболочки, по-видимому, эмпирически работает очень хорошо, в настоящее время нет теоретического обоснования того, почему ее следует применять». [16]
При финансовой поддержке Управления военно- морских исследований [2] Рейнуотер построил синхроциклотрон , который начал работать в 1950 году в Лабораториях Невиса , в поместье на реке Гудзон в Ирвингтоне, штат Нью-Йорк , завещанном Колумбийскому университету семьей Дюпон . [17] Он стал полным профессором в 1952 году и был директором Лабораторий Невиса с 1951 по 1954 год и снова с 1957 по 1961 год. [12] Он работал со своим студентом Вэлом Фитчем над исследованиями мюонных атомов , атомов, в которых электрон заменен мюоном . [ 18] [19] После 1965 года он работал над превращением синхроциклотрона Невиса в мезонную установку. Когда в 1975 году ему позвонил репортер и сообщил, что он получил Нобелевскую премию по физике , он сначала подумал, что это за его работу по мюонным атомам. Прошло несколько часов, прежде чем он узнал, что Нобелевскую премию он разделил с Бором и Моттельсоном за работу по структуре ядра. [12]
Он был членом Американского физического общества , Нью-Йоркской академии наук и Института инженеров электротехники и электроники , а также был членом Национальной академии наук , Американского института физики , Американской ассоциации преподавателей физики и Оптического общества Америки . [20]
В 1983 году Рейнуотер сменил Роберта Р. Уилсона на посту профессора физики имени Майкла И. Пупина. [21]
Рейнуотер потерял сознание после лекции в Pupin Laboratories в 1985 году, но был реанимирован студентом, который знал, как проводить СЛР . [17] В связи с ухудшением здоровья он вышел на пенсию и стал почетным профессором в феврале 1986 года. Он умер от остановки сердца и легких [3] в больнице St. John's Riverside Hospital в Йонкерсе, штат Нью-Йорк , 31 мая 1986 года. У него остались жена, трое сыновей и сводный брат Джордж. [21]
