Роберт Бенджамин Лейтон ( / ˈ l eɪ t ən / LAY -tən ; 10 сентября 1919 — 9 марта 1997) был выдающимся американским физиком- экспериментатором , который провел свою профессиональную карьеру в Калифорнийском технологическом институте (Калтех). [1] Его работа на протяжении многих лет охватывала физику твердого тела , физику космических лучей , истоки современной физики элементарных частиц , физику Солнца , планеты , инфракрасную астрономию и астрономию миллиметровых и субмиллиметровых волн . В последних четырех областях его новаторская работа открыла совершенно новые области исследований, которые впоследствии развились в энергичные научные сообщества.
Лейтон родился в Детройте , где его отец делал точные штампы для автомобильной компании. После переезда в Сиэтл семья распалась, и его отец вернулся в Детройт. Его мать переехала в центр Лос-Анджелеса , где работала горничной в отеле. Лейтон вырос в Лос-Анджелесе и закончил свои первые два года бакалавриата в Городском колледже Лос-Анджелеса . Он был принят в Калтех на третий курс в 1939 году, но продолжал жить дома, помогая содержать свою мать и себя работой по сборке рентгеновского оборудования для лаборатории Келлогга.
Лейтон получил степень бакалавра наук по электротехнике в Калтехе в 1941 году. Затем он переключился на физику и продолжил обучение, получив степени магистра наук (1944) и доктора наук (1947) в этом же учреждении. Его докторская диссертация была посвящена исследованию удельной теплоемкости гранецентрированных кубических кристаллов под руководством Уильяма В. Хьюстона и Пола Софуса Эпштейна . [2] Он присоединился к факультету Калтеха в 1949 году и занимал должность заведующего кафедрой физики, математики и астрономии с 1970 по 1975 год. Лейтон был известным преподавателем в Калтехе. Его «Принципы современной физики» , опубликованные в 1959 году, были стандартным и влиятельным учебником. [3]
Лейтон ушел с преподавательской работы в 1985 году и с научной работы в 1990 году в качестве почетного профессора физики имени Уильяма Л. Валентайна. The New York Times опубликовала некролог Лейтона 14 марта 1997 года, через пять дней после его смерти. Центральная библиотека Лос-Анджелеса , где Лейтон читал математику и астрономию после школы в детстве, также представила симпозиум и выставку в честь Лейтона вскоре после его смерти.
Лейтон и его давний коллега из Калтеха Ричард Фейнман были близкими друзьями. В начале 1960-х годов он провел более двух лет, перерабатывая магнитофонные записи курса Фейнмановских лекций по физике в Лекции Фейнмана по физике (1964-1966), которые с тех пор пользуются неизменным успехом. [4] Кроме того, он был соавтором, вместе с Робби Фогтом , набора задач для сопровождения Лекций Фейнмана. Один из сыновей Лейтона, Ральф , также сотрудничал с Фейнманом над несколькими книгами. [5]
Лейтон был известен как удивительно гениальный физик и астрофизик в течение своих 58 лет в Калтехе. Он не считал, что проблема с приборами слишком сложна, особенно если она могла открыть новую часть электромагнитного спектра для наблюдения. Если он находил недорогое решение, он строил аппарат в свободное время для использования другими и им самим. Лейтон строил, совершенствовал и использовал камеры Вильсона для идентификации и измерения новых продуктов столкновений космических лучей . Он исследовал режимы распада мю-мезонов и распознал несколько странных частиц , когда физика элементарных частиц только зарождалась. Лейтон сыграл ключевую роль в 1949 году, показав, что продуктами распада мю-мезона являются два нейтрино и электрон , и он сделал первое измерение энергетического спектра распада электрона (в то время эксперименты с низкой статистикой предполагали, что задействовано только одно нейтрино). В 1950 году он сделал первое наблюдение за распадом странных частиц после первоначального открытия двух случаев в Англии в 1947 году. В течение следующих семи лет он выяснил многие свойства, например, массу, время жизни, моды распада и энергию, нескольких новых странных частиц, в частности, лямбда, кси и того, что тогда называлось тета-частицами ( К-мезонами ).
Предмет его исследований эволюционировал от физики к астрофизике, поскольку он помог астрономии обрести ее современную форму. Около 1956 года Лейтон заинтересовался физикой внешних слоев Солнца . С характерным воображением и проницательностью он разработал солнечные камеры сдвига Доплера и эффекта Зеемана . Они были применены с поразительным успехом для исследования магнитных и скоростных полей на Солнце. С помощью камеры Зеемана Лейтон сопоставил сложные узоры магнитного поля Солнца с превосходным разрешением. Еще более поразительными были его открытия замечательного пятиминутного колебания в локальных поверхностных скоростях и «супергрануляционного рисунка» горизонтальных конвекционных токов в больших ячейках движущегося материала. Эти солнечные колебания впоследствии были признаны внутренне захваченными акустическими волнами, открыв совершенно новые области гелиосейсмологии и солнечной магнитоконвекции. Сам Лейтон вскоре понял, что солнечные магнитоконвективные ячейки приведут к эффективной диффузии потока на солнечной поверхности (теперь это называется диффузией Лейтона), и включил ее в динамо-модель солнечного цикла . [6]
В начале 1960-х годов Лейтон разработал и изготовил новый, недорогой инфракрасный телескоп, который включал в себя простую решетку из восьми свинцово-сульфидных фотоэлементов . Эти элементы были излишками оборонной промышленности; они были разработаны для тепловой системы наведения ракеты Sidewinder . Начиная с 1965 года, он и Джерри Нойгебауэр использовали новый телескоп для охвата примерно 70 процентов неба, видимого из обсерватории Маунт -Вилсон, собирая данные в виде закорючек на ленточном самописце. Это положило начало новой области инфракрасной астрономии . Полученный в результате обзор неба в два микрона , опубликованный в 1969 году, содержал 5612 инфракрасных источников, подавляющее большинство из которых ранее не было каталогизировано. Было обнаружено, что некоторые из них являются новыми звездами, все еще окруженными своими пылевыми дозвездными оболочками, в то время как другие являются сверхгигантскими звездами на последних стадиях своей эволюции, заключенными в расширяющиеся пылевые оболочки материи, выброшенной самими звездами.
Разработка Лейтоном фотографического оборудования в середине 1950-х годов позволила ему получить лучшие фотографии планет, когда-либо достигнутые на тот момент, с 60- и 100-дюймовых телескопов, и привела к его работе в качестве руководителя группы в Лаборатории реактивного движения (JPL) для исследований в области науки о визуализации в миссиях Mariner 4 , 6 и 7 на Марс в середине 1960-х годов. Как руководитель группы и опытный физик-экспериментатор, Лейтон сыграл ключевую роль в формировании и руководстве разработкой первой цифровой телевизионной системы JPL для использования в дальнем космосе : пролет Mariner 4 мимо Марса в 1964 году. [7] Он также внес вклад в первые попытки обработки изображений и методов улучшения, которые стали возможны благодаря цифровой форме данных изображений. В 1967 году он получил премию Американского института аэронавтики и астронавтики за эксперименты с телевидением Mariner, а в 1971 году — медаль НАСА за исключительные научные достижения.
В 1970-х годах интерес Лейтона переключился на разработку большой и недорогой антенны-тарелки , которую можно было бы использовать для интерферометрии миллиметровых волн и астрономии субмиллиметровых волн . И снова его замечательные экспериментальные способности открыли новую область науки в Калтехе, которая продолжает активно развиваться в радиообсерватории долины Оуэнс в Калифорнии и субмиллиметровой обсерватории Калтеха на Мауна-Кеа , Гавайи, с использованием «тарелок Лейтона» .
Лейтон был избранным членом Национальной академии наук и входил в ее Совет по космической науке.
В 1986 году Лейтон разделил премию Рамфорда за достижения в области инфракрасной астрономии , а в 1988 году получил медаль Джеймса Крейга Уотсона за свою работу в качестве создателя и разработчика новых инструментов и методов, которые открыли совершенно новые области астрономии — солнечные колебания, инфракрасные исследования, вращающиеся телескопы и большие рефлекторы миллиметрового диапазона.
В 2009 году в его честь был назван кратер диаметром 66 км в районе Большого Сирта на Марсе . [8]