Милтон Стэнли Ливингстон (25 мая 1905 — 25 августа 1986) — американский физик-ускоритель , соавтор циклотрона с Эрнестом Лоуренсом и соавтор с Эрнестом Курантом и Хартландом Снайдером принципа сильной фокусировки , который позволил разработать современные крупномасштабные ускорители частиц . Он построил циклотроны в Калифорнийском университете , Корнеллском университете и Массачусетском технологическом институте . Во время Второй мировой войны он служил в группе исследования операций в Управлении военно-морских исследований .
Ливингстон был председателем проекта ускорителя в Брукхейвенской национальной лаборатории , директором Кембриджского электронного ускорителя, членом Национальной академии наук , профессором физики в Массачусетском технологическом институте и лауреатом премии Энрико Ферми от Министерства энергетики США . Он был заместителем директора Национальной ускорительной лаборатории с 1967 по 1970 год.
Ливингстон родился в Бродхеде, штат Висконсин , 25 мая 1905 года, в семье Маквортера Ливингстона, священника, и его жены Сары Джейн. [1] Сара была членом семьи Тен Эйк , влиятельной нью-йоркской семьи, чьи голландские корни восходят к 1640-м годам. У него было три сестры. Семья переехала в Калифорнию, когда Ливингстону было пять лет, и он рос в Бербанке , Помоне и Сан-Димасе . Его отец стал учителем средней школы и директором. Его мать умерла, когда ему было 12 лет, и его отец позже женился во второй раз. Таким образом, у Ливингстона появилось пять единокровных братьев. [2]
Окончив среднюю школу в 1921 году, Ливингстон поступил в близлежащий колледж Помона , намереваясь специализироваться на химии , [1] но ему не нравился способ преподавания химии, и он договорился с профессором физики Роландом Р. Тилстоном, чтобы тот также посещал курсы физики. [2] Он получил степень бакалавра искусств (AB) в 1926 году, [3] с двойной специальностью по физике и химии. Тилстон организовал для него поступление в Дартмутский колледж с преподавательской стипендией. [2] Он получил степень магистра искусств (MA) в 1928 году, [3] изучая рентгеновскую дифракцию , [4] [5] и остался еще на год в качестве преподавателя. [2]
В течение этого года Ливингстон подал заявку в аспирантуру на получение преподавательской стипендии и был принят как в Гарвардский университет , так и в Калифорнийский университет . Он принял последний и вернулся в Калифорнию. [2] Он написал докторскую диссертацию по теме «Производство высокоскоростных ионов водорода без использования высоких напряжений», [6] тема была предложена Эрнестом Лоуренсом , который заметил, что ионы массы и заряда, движущиеся в однородном магнитном поле, циркулируют с постоянной частотой, независимой от энергии:
Таким образом, теоретически, если частица пройдет через электрод с напряжением VN раз, она приобретет энергию в НеВ. Задачей Стэнли было проверить, сработает ли это. В январе 1931 года Стэнли удалось сделать именно это, используя напряжение 1 кВ для ускорения ионов водорода до 80 кэВ. По подсказке Лоуренса Стэнли быстро написал свою диссертацию и представил ее в апреле 1931 года, чтобы иметь право на преподавательскую должность в следующем году. [1] Его устный экзамен оказался более сложным. Рэймонд Бирдж начал задавать вопросы о ядерной физике, и Ливингстону пришлось признать, что он ничего не знает о работах Эрнеста Резерфорда , Джеймса Чедвика и Чарльза Драммонда Эллиса и не читал их монографию 1930 года «Излучения радиоактивных веществ» . Тем не менее, Лоуренсу удалось убедить экзаменаторов присудить Ливингстону докторскую степень. [2]
В том, что стало повторяющейся схемой, как только появились первые признаки успеха, Лоуренс начал планировать новую, большую машину, которая стала известна как циклотрон . Лоуренс и Ливингстон разработали проект циклотрона размером 27 дюймов (69 см) за 800 долларов в начале 1932 года с магнитом весом 2 тонны. Затем Лоуренс нашел массивный 80-тонный магнит, который изначально был построен для питания трансатлантической радиосвязи во время Первой мировой войны , но теперь ржавел на свалке в Пало-Альто . Это позволило им построить 27-дюймовый циклотрон. [7] [8]
В циклотроне у них был мощный научный инструмент, но это не привело к научному открытию. В апреле 1932 года Джон Кокрофт и Эрнест Уолтон в Кавендишской лаборатории в Англии объявили, что они бомбардировали литий протонами и преуспели в его превращении в гелий . Требуемая энергия оказалась довольно низкой — вполне в пределах возможностей 11-дюймового циклотрона. Узнав об этом, Лоуренс связался с Беркли и попросил проверить результаты Кокрофта и Уолтона. Группе потребовалось время до сентября, чтобы сделать это, в основном из-за отсутствия адекватной аппаратуры обнаружения. [9]
В период с 1932 по 1934 год Ливингстон был автором или соавтором более дюжины статей по ядерной физике и циклотрону, но он чувствовал себя в тени Лоуренса и не считал, что получил достаточно признания за свою роль в проектировании циклотрона, за которую Лоуренс получил Нобелевскую премию по физике в ноябре 1939 года. [1] [10] Поэтому Ливингстон принял предложение о должности доцента от Корнеллского университета в 1934 году. [3] Он построил циклотрон на 2 МэВ в Корнелле с грантом в 800 долларов и помощью аспирантов и факультетской мастерской, первый циклотрон, построенный за пределами Беркли. [1] Он работал с Робертом Бахером и Гансом Бете , помогая подготовить одну из трех важных статей, которые появились в Reviews of Modern Physics и стали известны как «Библия Бете». [4] [11] Он также объединился с Бете, чтобы впервые продемонстрировать, что нейтрон имеет магнитный момент . [1] [12] Ливингстон вспоминал, что Бете:
… дал мне почувствовать основы физики и то, что происходит в ядерной физике. С ним я впервые ощутил, насколько глубока эта область, насколько она запутанна и как много нам нужно в плане новой информации. Я узнал о многих новых типах концепций, таких как магнитные моменты и квантовые аспекты, о которых я никогда не слышал, пока был с Лоуренсом. Это была другая среда. Теперь я следовал за ученым и был действительно впечатлен. [2]
Физики Массачусетского технологического института (MIT) решили, что им тоже нужен циклотрон, и Робли Эванс нанял Ливингстона, чтобы построить там 42-дюймовый (110 см) циклотрон в 1938 году. Ливингстон стал инструктором в MIT в следующем году, а еще через год — доцентом. Циклотрон был завершен в 1940 году. Во время Второй мировой войны он работал с циклотроном в Управлении медицинских исследований Управления научных исследований и разработок (OSRD), производя радиоактивные изотопы фосфора и железа, которые использовались в качестве трассеров в медицинских экспериментах. Результатом этого исследования стали новые методы стабилизации крови, чтобы ее можно было отправлять войскам в отдаленные театры военных действий. [2] В 1944 году Ливингстон присоединился к группе по исследованию операций Филипа Морзе в Управлении военно-морских исследований и работал в Вашингтоне, округ Колумбия, и Лондоне над радарными мерами противодействия подводным лодкам . [4]
Ливингстон вернулся в MIT вскоре после окончания войны, но в 1946 году консорциум университетов, включая MIT, объединился, чтобы создать Брукхейвенскую национальную лабораторию в Лонг-Айленде, штат Нью-Йорк , как учреждение для проведения исследований в области большой науки , которые выходили за рамки ресурсов одного академического учреждения. Морзе был назначен первым директором Брукхейвена, и он попросил Ливингстона взять на себя ответственность за строительство ускорителя для новой национальной лаборатории. Было решено, что это должен быть новый тип ускорителя, известный как синхротрон , который был предложен Эдвином Макмилланом в 1945 году. Исидор Айзек Раби, в частности, утверждал, что он должен быть мощнее любого, запланированного лабораторией Лоуренса в Беркли . [1] [4]
Как оказалось, Комиссия по атомной энергии (AEC) не хотела финансировать два гигантских ускорителя на 10 ГэВ, но была готова финансировать два меньших на 2,5 ГэВ и 6 ГэВ. На встрече, на которой Брукхейвен был представлен Морзе, Ливингстоном и Леландом Джоном Хоуортом , команда Брукхейвена приняла меньший, надеясь, что они смогут закончить его первыми и, таким образом, получить преимущество в строительстве машины на 10 ГэВ. [1] [2] Машина, известная как Космотрон , была одобрена AEC в апреле 1948 года и достигла своей полной мощности в 3,3 ГэВ в 1953 году. [13]
Ливингстон не смог остаться в Брукхейвене, чтобы увидеть завершение проекта «Космотрон», поскольку он столкнулся с угрозой потери своего контракта в Массачусетском технологическом институте, и решил вернуться туда в 1948 году. [2] В Массачусетском технологическом институте он преподавал и участвовал в эксперименте 1950 года, проведенном Национальной лабораторией Лос-Аламоса по исследованию времени жизни короткоживущих продуктов деления. [1] Однако он все еще думал об ускорителях, и в 1952 году вместе с Эрнестом Курантом , Хартландом Снайдером и Дж. Блеветтом в Брукхейвене разработал сильную фокусировку — принцип, согласно которому результирующее воздействие на пучок заряженных частиц, проходящих через переменные градиенты поля, заключается в том, чтобы заставить пучок сходить на нет. [4] [14] Преимущества сильной фокусировки были быстро осознаны и применены на синхротроне с переменным градиентом , который достиг 33 ГэВ в 1960 году. [13] План по строительству синхротрона в Массачусетском технологическом институте и Гарварде также был реализован под руководством Ливингстона, что привело к созданию Кембриджского электронного ускорителя (CEA), который был введен в эксплуатацию в 1962 году. [1] Водородная пузырьковая камера в CEA взорвалась 6 июля 1965 года, в результате чего восемь человек получили ранения, один из них — смертельно. [15]
Национальная ускорительная лаборатория , переименованная в Национальную ускорительную лабораторию имени Ферми в 1974 году, была основана в Батавии, штат Иллинойс , в 1967 году. [16] Как и Брукхейвен, она управлялась консорциумом университетов. [17] Роберт Р. Уилсон был назначен ее первым директором, а Ливингстон — его заместителем. [1] Они инициировали проектирование того, что впоследствии стало Теватроном , ускорителем частиц на 1 ТэВ . [1]
Ливингстон вышел на пенсию в 1970 году и переехал в Санта-Фе, штат Нью-Мексико . Он продолжал иногда работать консультантом в близлежащей Лос-Аламосской национальной лаборатории, а иногда выступал в качестве административного судьи в Комиссии по ядерному регулированию . [1] Он женился на Лоис Робинсон, когда был аспирантом в Беркли в 1930 году. У них было двое детей, дочь Диана и сын Стивен. Они развелись в 1949 году, и он женился на Маргарет (Пегги) Хьюз в 1952 году. После смерти Пегги он снова женился на Лоис в 1959 году. Он умер в Санта-Фе 25 августа 1986 года от осложнений, вызванных раком простаты . [1] У него остались жена Лоис и дети Диана и Стивен. [17]
