Frederick Reines - Frederick Reines

Frederick Reines
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Frederick Reines
Nascer ( 1918-03-16 )16 de março de 1918
Faleceu 26 de agosto de 1998 (26/08/1998)(com 80 anos)
Cidadania americano
Conhecido por Neutrinos
Cônjuge (s) Sylvia Samuels (m. 1940; 2 filhos)
Prêmios
Carreira científica
Campos Física
Instituições
Tese A fissão nuclear e o modelo de gota líquida do núcleo  (1944)
Orientador de doutorado Richard D. Presente
Alunos de doutorado Michael K. Moe (1965)

Frederick Reines ( / r n ɛ s / RY -nes ; 16 de março de 1918 - agosto 26, 1998) era um americano físico . Ele recebeu o Prêmio Nobel de Física em 1995 por sua codetecção do neutrino com Clyde Cowan no experimento de neutrino . Ele pode ser o único cientista na história "tão intimamente associado à descoberta de uma partícula elementar e à subsequente investigação completa de suas propriedades fundamentais".

Um graduado da Stevens Institute of Technology e Universidade de Nova York , Reines se juntou ao Projeto Manhattan 's Los Alamos Laboratory em 1944, trabalhando na Divisão Teórica em Richard Feynman ' grupo s. Ele se tornou um líder de grupo lá em 1946. Ele participou de uma série de testes nucleares , culminando em se tornar o diretor da série de testes da Operação Estufa no Pacífico em 1951.

No início dos anos 1950, trabalhando em Hanford e Savannah River Sites , Reines e Cowan desenvolveram o equipamento e os procedimentos com os quais eles detectaram os neutrinos supostamente indetectáveis ​​em junho de 1956. Reines dedicou a maior parte de sua carreira ao estudo das propriedades do neutrino e interações, cujo trabalho influenciaria o estudo do neutrino para muitos pesquisadores que viriam. Isso incluiu a detecção de neutrinos criados na atmosfera por raios cósmicos e em 1987 a detecção de neutrinos emitidos pela Supernova SN1987A , que inaugurou o campo da astronomia de neutrinos .

Vida pregressa

Frederick Reines nasceu em Paterson, New Jersey , um dos quatro filhos de Gussie (Cohen) e Israel Reines. Seus pais eram emigrantes judeus da mesma cidade na Rússia, mas só se conheceram na cidade de Nova York , onde se casaram mais tarde. Ele tinha uma irmã mais velha, Paula, que se tornou médica, e dois irmãos mais velhos, David e William, que se tornaram advogados. Ele disse que sua "educação inicial foi fortemente influenciada" por seus irmãos estudiosos. Ele era sobrinho-neto do Rabino Yitzchak Yaacov Reines , o fundador do Mizrachi , um movimento religioso sionista .

A família mudou-se para Hillburn, Nova York , onde seu pai administrava o armazém , e ele passou grande parte de sua infância. Ele era um escoteiro . Olhando para trás, Reines disse: "Minhas memórias da primeira infância giram em torno desta típica loja de campo americana e da vida em uma pequena cidade americana, incluindo as celebrações do Dia da Independência em julho, marcadas por fogos de artifício e música patriótica tocada em um coreto do pavilhão."

Reines cantou em coro e como solista. Por um tempo ele considerou a possibilidade de seguir carreira como cantor e foi instruído por um treinador vocal da Metropolitan Opera que dava aulas de graça porque a família não tinha dinheiro para elas. A família mudou-se mais tarde para North Bergen, New Jersey , residindo na Kennedy Boulevard e 57th Street. Como North Bergen não tinha uma escola secundária, ele estudou na Union Hill High School em Union Hill, New Jersey (hoje Union City, New Jersey ), onde se formou em 1935.

Desde cedo, Reines demonstrou interesse pela ciência e gostava de criar e construir coisas. Mais tarde, ele lembrou que:

As primeiras manifestações de interesse pela ciência de que me lembro ocorreram durante um momento de tédio na escola religiosa, quando, olhando pela janela ao crepúsculo com uma mão enrolada para simular um telescópio , percebi algo peculiar na luz; era o fenômeno da difração . Isso começou para mim um fascínio pela luz.

Ironicamente, Reines se destacou em cursos de literatura e história, mas recebeu notas médias ou baixas em ciências e matemática em seu primeiro ano do ensino médio, embora tenha melhorado nessas áreas nos anos de penúltimo e último ano com o incentivo de um professor que lhe deu um chave para o laboratório escolar. Isso cultivou o amor pela ciência em seu último ano. Em resposta a uma pergunta que os idosos foram questionados sobre o que eles queriam fazer para uma citação do anuário, ele respondeu: "Para ser um físico extraordinário."

Reines foi aceito no Massachusetts Institute of Technology , mas optou por frequentar o Stevens Institute of Technology em Hoboken, New Jersey , onde obteve seu bacharelado em ciências (BS) em engenharia mecânica em 1939 e seu mestrado em ciências (MS) licenciatura em física matemática em 1941, escrevendo uma tese sobre "Uma revisão crítica da teoria da difração óptica". Casou-se com Sylvia Samuels em 30 de agosto de 1940. Eles tiveram dois filhos, Robert e Alisa. Ele então entrou na New York University , onde obteve seu Doutorado em Filosofia (Ph.D.) em 1944. Ele estudou raios cósmicos com Serge A. Korff , mas escreveu sua tese sob a supervisão de Richard D. Presente em "Fissão nuclear e o modelo de gota líquida do núcleo ". A publicação da tese foi adiada para depois do final da Segunda Guerra Mundial ; apareceu na Physical Review em 1946.

Laboratório Los Alamos

Operação Estufa - Tiro de cachorro

Em 1944, Richard Feynman recrutados Reines ao trabalho na Divisão de teórica no Projeto Manhattan 's Los Alamos Laboratory , onde permaneceria para os próximos quinze anos. Ele se juntou ao Grupo T-4 (Problemas de Difusão) de Feynman, que fazia parte da Divisão T (Teórica) de Hans Bethe . A difusão era um aspecto importante dos cálculos de massa crítica . Em junho de 1946, ele se tornou o líder do grupo, liderando o Grupo T-1 (Teoria do Dragão). Uma conseqüência do experimento "fazer cócegas na cauda do dragão ", o dragão era uma máquina que podia atingir um estado crítico por curtos períodos de tempo, que poderia ser usado como uma ferramenta de pesquisa ou fonte de energia.

Reines participou de uma série de testes nucleares e redigiu relatórios sobre seus resultados. Isso incluiu a Operação Crossroads em Bikini Atoll em 1946, a Operação Sandstone em Eniwetok Atoll em 1948 e a Operação Ranger e a Operação Buster-Jangle no local de teste de Nevada . Em 1951, ele foi o diretor da série de testes nucleares da Operação Greenhouse no Pacífico. Isso viu os primeiros testes americanos de armas de fissão reforçada , um passo importante em direção às armas termonucleares . Ele estudou os efeitos das explosões nucleares e foi coautor de um artigo com John von Neumann sobre a formação do caule Mach, um aspecto importante de uma onda de explosão de ar .

Apesar ou talvez por causa de seu papel nesses testes nucleares, Reines estava preocupado com os perigos da poluição radioativa dos testes nucleares atmosféricos e tornou-se um defensor dos testes nucleares subterrâneos . Na esteira da crise do Sputnik , ele participou do Projeto 137 de John Archibald Wheeler , que evoluiu para o JASON . Ele também foi um delegado na Conferência Atoms for Peace em Genebra em 1958.

Descoberta do neutrino e do funcionamento interno das estrelas

O neutrino é uma partícula subatômica proposta pela primeira vez por Wolfgang Pauli em 4 de dezembro de 1930. A partícula foi necessária para resolver o problema da falta de energia nas observações do decaimento beta , quando um nêutron decai em um próton e um elétron . A nova partícula hipotética era necessária para preservar a lei fundamental da conservação de energia . Enrico Fermi rebatizou-o de neutrino , em italiano para "pequeno neutro", e em 1934, propôs sua teoria do decaimento beta pelo qual os elétrons emitidos do núcleo foram criados pela decadência de um nêutron em um próton, um elétron e um neutrino:


n0

p+
+
e-
+
ν
e

O neutrino foi responsável pela energia ausente, mas a teoria de Fermi descreveu uma partícula com pouca massa e sem carga elétrica que parecia impossível de observar diretamente. Em um artigo de 1934, Rudolf Peierls e Hans Bethe calcularam que os neutrinos poderiam passar facilmente pela Terra e concluíram que "não há maneira praticamente possível de observar o neutrino".

Em 1951, Reines e seu colega Clyde Cowan decidiram ver se conseguiam detectar neutrinos e assim provar sua existência. Na conclusão da série de testes do Greenhouse, Reines recebeu permissão do chefe da Divisão T, J. Carson Mark , para uma licença residencial para estudar física fundamental. "Então, por que queremos detectar o neutrino livre?" ele explicou mais tarde: "Porque todo mundo disse, você não poderia fazer isso."

De acordo com a teoria de Fermi, também havia uma reação reversa correspondente, na qual um neutrino se combina com um próton para criar um nêutron e um pósitron :


ν
e
+
p+

n0
+
e+

O pósitron logo seria aniquilado por um elétron e produziria dois raios gama de 0,51 MeV , enquanto o nêutron seria capturado por um próton e liberaria um raio gama de 2,2 MeV. Isso produziria uma assinatura distinta que poderia ser detectada. Eles então perceberam que, adicionando sal de cádmio ao cintilador líquido, eles aumentariam a reação de captura de nêutrons, resultando em uma explosão de raios gama de 9 MeV. Para uma fonte de neutrino, eles propuseram o uso de uma bomba atômica. A permissão para isso foi obtida do diretor do laboratório, Norris Bradbury . O trabalho começou a cavar um poço para o experimento quando JMB Kellogg os convenceu a usar um reator nuclear em vez de uma bomba. Embora seja uma fonte menos intensa de neutrinos, tinha a vantagem de permitir a realização de vários experimentos por um longo período de tempo.

Em 1953, eles fizeram suas primeiras tentativas usando um dos grandes reatores no local nuclear de Hanford no que agora é conhecido como o experimento de neutrino de Cowan-Reines . Seu detector agora incluía 300 litros (66 imp gal; 79 US gal) de fluido cintilante e 90 tubos fotomultiplicadores , mas o esforço foi frustrado pelo ruído de fundo dos raios cósmicos. Com o incentivo de John A. Wheeler , eles tentaram novamente em 1955, desta vez usando um dos mais novos e maiores reatores de 700 MW em Savannah River Site que emitiu um alto fluxo de neutrinos de 1,2 x 10 12 / cm 2 seg. Eles também tinham uma localização conveniente e bem protegida, a 11 metros (36 pés) do reator e a 12 metros (39 pés) abaixo do solo. Em 14 de junho de 1956, eles puderam enviar a Pauli um telegrama anunciando que o neutrino havia sido encontrado. Quando Bethe foi informado de que havia sido provado que estava errado, ele disse: "Bem, você não deve acreditar em tudo o que lê nos jornais."

Supernova SN1987A (o objeto brilhante no centro), visto através do Telescópio Espacial Hubble

A partir de então Reines dedicou grande parte de sua carreira ao estudo das propriedades e interações do neutrino, trabalho esse que influenciaria o estudo do neutrino para futuros pesquisadores. Cowan deixou Los Alamos em 1957 para lecionar na George Washington University , encerrando sua colaboração. Com base em seu trabalho na primeira detecção do neutrino , Reines se tornou chefe do departamento de física da Case Western Reserve University de 1959 a 1966. Na Case, ele liderou um grupo que foi o primeiro a detectar neutrinos criados na atmosfera por cósmicos raios . Reines tinha uma voz estrondosa e era cantor desde a infância. Durante esse período, além de exercer suas funções como supervisor de pesquisa e presidente do departamento de física, Reines cantou no Coro da Orquestra de Cleveland sob a direção de Robert Shaw em apresentações com George Szell e a Orquestra de Cleveland .

Em 1966, Reines levou a maior parte de sua equipe de pesquisa de neutrinos com ele quando partiu para a nova Universidade da Califórnia, Irvine (UCI), tornando-se seu primeiro reitor de ciências físicas. Na UCI, Reines estendeu os interesses de pesquisa de alguns de seus alunos de graduação no desenvolvimento de detectores de radiação médica , como para medir a radiação total fornecida a todo o corpo humano na terapia de radiação .

Reines havia se preparado para a possibilidade de medir os eventos distantes de uma explosão de supernova. Explosões de supernovas são raras, mas Reines achou que poderia ter sorte o suficiente para ver uma em sua vida e ser capaz de capturar os neutrinos fluindo dela em seus detectores especialmente projetados. Durante sua espera pela explosão de uma supernova, ele colocou sinais em alguns de seus grandes detectores de neutrinos, chamando-os de "Sistemas de alerta precoce de supernova". Em 1987, os neutrinos emitidos pelo Supernova SN1987A foram detectados pela Colaboração Irvine – Michigan – Brookhaven (IMB), que usou um detector Cherenkov de 8.000 toneladas localizado em uma mina de sal perto de Cleveland . Normalmente, os detectores registravam apenas alguns eventos de segundo plano por dia. A supernova registrou 19 eventos em apenas dez segundos. Esta descoberta é considerada a inauguração do campo da astronomia de neutrinos .

Em 1995, Reines foi homenageado, junto com Martin L. Perl, com o Prêmio Nobel de Física por seu trabalho com Cowan na primeira detecção do neutrino. Infelizmente, Cowan morreu em 1974, e o Prêmio Nobel não é concedido postumamente. Reines também recebeu muitos outros prêmios, incluindo o J. Robert Oppenheimer Memorial Prize em 1981, a National Medal of Science em 1985, o Bruno Rossi Prize em 1989, o Michelson – Morley Award em 1990, o Panofsky Prize em 1992 e o Franklin Medalha em 1992. Foi eleito membro da Academia Nacional de Ciências em 1980 e membro estrangeiro da Academia Russa de Ciências em 1994. Permaneceu reitor de ciências físicas na UCI até 1974 e tornou-se professor emérito em 1988, mas ele continuou a lecionar até 1991 e permaneceu no corpo docente da UCI até sua morte.

Morte

Frederick Reines Hall da Universidade da Califórnia, Irvine, abriga o Departamento de Física e Astronomia e parte do Departamento de Química.

Reines morreu após uma longa doença na Universidade da Califórnia, Irvine Medical Center em Orange, Califórnia , em 26 de agosto de 1998. Ele deixou sua esposa e filhos. Seus artigos são compilados nas Bibliotecas da UCI. Frederick Reines Hall, que abriga o Departamento de Física e Astronomia da Universidade da Califórnia, Irvine, foi nomeado em sua homenagem.

Publicações

Notas

Referências

links externos