Мелвин Шварц

Мелвин Шварц (2 ноября 1932 — 28 августа 2006) был американским физиком. От него происходит идея, которая сделала из нейтрино инструмент: построить нейтринный пучок.

За эту идею и за вытекший из неё эксперимент он получил в 1988 году совместно с Леоном Ледерманом и Джеком Штайнбергером Нобелевскую премию по физике.

Находка 1960 года

До тех пор нейтрино брали там, где их находили, — от Солнца или из ядерных реакторов. Оба источника дают то, что дают; энергию и направление выбрать нельзя.

Шварц, тогда в Колумбийском университете, думал наоборот. Ускоритель частиц порождает пионы. Пионы распадаются и высвобождают при этом нейтрино. Если поставить за участком распада достаточно толстую стену, то будет задержано всё — кроме нейтрино. То, что проходит насквозь, есть направленный пучок известной энергии.

Мысль пришла ему, по его собственному изложению, во время обсуждения вопроса, как исследовать слабое взаимодействие при высоких энергиях. Ответ был: тем единственным видом частиц, который взаимодействует только слабо.

Тем самым нейтрино больше не было лишь предметом наблюдения, а стало средством исследования.

Эксперимент 1962 года

Идея была осуществлена на синхротроне с переменным градиентом в Брукхейвене.

Защита состояла из 13,5 метра стали. Материал происходил из брони списанного линейного корабля — решение, которое было одновременно практичным и дешёвым, ведь такая сталь свободна от лёгкой радиоактивности, которую современная сталь приносит с собой со времён ядерного оружия.

Детектором служила искровая камера в десять тонн.

После месяцев работы имелся 51 пригодный для анализа случай. Решающим было то, чего в них не было: все порождённые частицы были мюонами, ни одна не была электроном.

Существуй лишь один сорт нейтрино, оба должны были бы встречаться примерно одинаково часто. Результат, стало быть, доказывал, что нейтрино, возникающее вместе с мюоном, есть другая частица, нежели то, что из бета-распада.

Мюонное нейтрино было открыто — и тем самым обоснованно представление о семействах частиц в Стандартной модели.

Что из этого вышло

Метод по сей день несёт на себе всю ускорительную нейтринную физику. От MINOS через T2K и OPERA до будущего DUNE все пучковые эксперименты работают по этому образцу: протоны на мишень, пучок пионов собрать, дать распасться, всё остальное заэкранировать.

И удавшаяся в 2012 году нейтринная связь в Фермилабе основана на пучке такого устройства. То, что в 1960 году началось как мысль, сегодня есть стандартное оснащение.

Необычный путь после

Шварц перешёл в 1966 году в Стэнфордский университет. В начале 1970-х годов он оставил исследования и основал Digital Pathways, предприятие по безопасности данных.

Для будущего нобелевского лауреата это был примечательный шаг. Он обосновывал его тем, что задача его влекла, — и вёл предприятие почти двадцать лет.

В 1991 году он вернулся в физику и стал заместителем директора по физике высоких энергий в Брукхейвенской национальной лаборатории, то есть в том самом месте, где состоялся его эксперимент. Позже он снова преподавал в Колумбийском университете.

Оценка

Вклад Шварца показывает, как методический замысел может сделать больше, чем отдельное открытие. Вопрос «Можно ли изготавливать нейтрино целенаправленно?» звучит скромно. Ответ на него открыл область исследований, которая растёт по сей день.

Связанные понятия

• Леон Ледерман — его соратник
• Джек Штайнбергер — третий в связке
• T2K и DUNE — сегодняшние пучковые эксперименты
• Стандартная модель — три семейства нейтрино

Источники

• G. Danby, J.-M. Gaillard, K. Goulianos, L. M. Lederman, N. Mistry, M. Schwartz, J. Steinberger: Observation of High-Energy Neutrino Reactions and the Existence of Two Kinds of Neutrinos, Physical Review Letters 9, 36 (1962).
• Нобелевский фонд: Нобелевская премия по физике 1988 года.