Дэвид Эдвард Притчард (родился 15 октября 1941 года) [2] — профессор Массачусетского технологического института (MIT), специализирующийся на атомной физике и образовательных исследованиях .
Притчард получил докторскую степень в 1968 году в Гарвардском университете под руководством Дэниела Клеппнера . Его диссертация включала создание первой атомной рассеивающей машины с поляризованными атомами для изучения дифференциального спинового обменного рассеяния, процесса, при котором проявляется линия водорода 21 см . [1]
Притчард был одним из первых, кто применил перестраиваемые лазеры в физике и химии, продемонстрировав спектроскопию высокого разрешения посредством одновременного поглощения двух лазерных фотонов. Он использовал как лазерную, так и радиочастотную спектроскопию для изучения слабосвязанных молекул Ван-дер-Ваальса , таких как NaNe [3] и KAr, [4] в холодных сверхзвуковых молекулярных пучках .
Притчард использовал способность перестраиваемых лазеров передавать импульс атомам, что привело к демонстрации дифракции атомов от стоячей волны света (обозначаемой режимами Капицы-Дирака или Рамана-Ната) и рассеяния Брэгга [5] атомов от световых решеток , положив начало области когерентной атомной оптики . [6] Это привело к созданию первого атомного интерферометра , [7] в котором волны материи распространялись по обе стороны металлической фольги перед рекомбинацией, так что различные взаимодействия на двух сторонах приводили к сдвигу полос атомной интерференционной картины. [8] Это позволило провести точные измерения атомной поляризуемости , показателя преломления волн газообразной материи и фундаментальное тестирование квантовой декогеренции , а также первую демонстрацию способности атомных интерферометров измерять угловую скорость подобно гироскопу и работать со сложными частицами, такими как молекулы Na2 в газообразной фазе. [9]
Исключительно важным достижением атомной оптики является изобретение Притчардом магнитооптической ловушки [10], которая захватывает и охлаждает атомы до субмилликельвиновых температур, и Dark SPOT MOT, в которой атомы удерживаются таким образом, что они не взаимодействуют с улавливающим светом. [11] Вместе с магнитной атомной ловушкой она может сжимать ~ 10 10 холодных атомов в тот же малый объем (иногда ее называют ловушкой Иоффе-Притчарда в честь ее происхождения из физики плазмы). Эти ловушки обычно используются в области исследования холодных атомов и являются основополагающими инструментами для Центра ультрахолодных атомов Массачусетского технологического института и Гарварда .
В 1990 году Притчард пригласил Вольфганга Кеттерле в MIT в качестве постдокторанта для работы над охлаждением атомов . Чтобы побудить Кеттерле остаться в MIT, в 1993 году Кеттерле предоставили собственную экспериментальную программу по холодным атомам (с двумя студентами и двумя грантами), в то время как сам Притчард отошел от этой области, чтобы позволить Кеттерле быть назначенным на факультет. Кеттерле занимался охлаждением атомов, чтобы достичь конденсации Бозе-Эйнштейна в 1995 году, открытие, за которое Кеттерле был удостоен Нобелевской премии по физике в 2001 году, наряду с бывшим аспирантом Притчарда Эриком Аллином Корнеллом и Карлом Виманом , который был неофициальным подопечным Притчарда во время учебы в MIT. [12]
Затем Кеттерле и Притчард объединились для изучения атомной оптики и интерферометрии с бозе-конденсатами, продемонстрировав когерентное усиление волн материи , сверхизлучательное рэлеевское рассеяние и возможности брэгговской спектроскопии для исследования конденсата, а также использовали лазерный свет для установления когерентности между двумя конденсатами, которые никогда не соприкасаются. Притчард получил премию Макса Борна 2004 года «За творческое применение света к новым формам спектроскопии, к манипуляции и захвату атомов, а также за пионерство в новых областях атомной оптики и атомной интерферометрии». [13]
Притчард является пионером в точном измерении атомных и молекулярных масс с использованием ионных ловушек , достижение стало возможным благодаря разработке его группой высокочувствительных радиочастотных детекторов на основе СКВИДов (сверхпроводящих квантовых интерференционных устройств) и методов когерентного перекрестного сопряжения движения различных мод колебаний иона в ловушке. Эти достижения достигли кульминации в ионном балансе, в котором один из двух различных ионов одновременно удерживался, в то время как их циклотронные частоты сравнивались между собой с точностью, лучшей, чем одна часть из 10 11 . [14] Это привело к открытию нового типа систематического сдвига циклотронной частоты из-за поляризуемости иона, что обеспечивает наиболее точное измерение поляризуемости ионной молекулы. Это также привело к пятидесятикратному улучшению экспериментальных проверок эквивалентности массы и энергии Альберта Эйнштейна , которая (где E — энергия, m — масса, а c — скорость света ) — теперь составляет ½ части на миллион. [15]
Точные измерения масс атомов рубидия и цезия (Cesium), выполненные с помощью аппаратуры Массачусетского технологического института, были объединены с высокоточными атомными интерферометрическими измерениями h / m ( постоянная Планка, деленная на массу атома), выполненными другими исследователями, чтобы получить наиболее точное значение постоянной тонкой структуры в 0,2 ppb (частей на миллиард), отличающееся на ~ 2,5 комбинированных погрешности от измерений, основанных на квантовой электродинамике . Это наиболее точное сравнение измерений, выполненных с использованием совершенно разных теоретических основ.
В 1998 году Дэвид Притчард и его сын Алекс разработали онлайн-репетитора Сократа, mycybertutor.com, который предоставляет конкретные критические замечания по неверным символьным ответам, подсказки по запросу и последующие комментарии и вопросы. Было показано, что этот инструмент значительно улучшает способность студентов отвечать на традиционные экзаменационные задачи MIT, увеличивая их производительность примерно на 2 стандартных отклонения. [16] В настоящее время программное обеспечение продается как Mastering Physics, Mastering Chemistry и Mastering Astronomy компанией Pearson Education . Оно стало широко используемым репетитором домашних заданий по науке и технике, с примерно 2,5 миллионами.
Группа Притчарда по исследованию образования, RELATE [17], была основана в 2000 году с целью «Применять принципы и методы науки и техники для изучения и улучшения обучения, особенно экспертных знаний » . Они проводят исследования, используя все компоненты аббревиатуры RELATE — Research in Learning, Assessing, and Tutoring Effectively. Они показали, что копирование домашних заданий онлайн является лучшим предиктором низкой оценки на итоговом экзамене по физике в MIT, [16] и является основным фактором, выдающим ~ 5% сертификатов edX . Они исследовали новые типы обучения (например, преднамеренную практику критических навыков решения проблем) или вариации в обучении (добавление диаграммы, замена вопросов с множественным выбором на более интерактивные вопросы с перетаскиванием и т. д.) по сравнению с традиционным обучением (контроль). [18] [19]
Эти эксперименты, наряду с другими соответствующими исследованиями, указали на важный принцип, с которым боролись студенты, — стратегическое мышление — способность определять, какие концепции и процедуры полезны для решения незнакомой проблемы. Для этой цели RELATE разработала инвентаризацию рассуждений по механике [20] , которая измеряет стратегические способности; она послужила эталоном прогресса для их новой педагогики: модельный подход к решению проблем. Было показано, что эта педагогика значительно улучшает отношение студентов к изучению науки, повышает их баллы на пересдаче финального экзамена по физике 1 [21] и впоследствии помогает им улучшить свою оценку по физике 2 на ~ 1/2 стандартное отклонение относительно студентов, которые не получили пользы от этого вмешательства. [22]
