Нобелови лауреати – 1951 година

Джон Кокрофт (John Cockcroft)

27 май 1897 г. – 18 септември 1967 г.

Нобелова награда за физика, 1951 г. (заедно с Ърнест Уолтън)

(За изследователска му работа по преобразуването на атомните ядра с помощта на изкуствено ускорени атомни частици.)

Английският физик Джон Дъглас Кокрофт е роден в Тодмордън, Йоркшир. Той е най-големият от петимата синове на Джон Артър Кокрофт и Мод (Филдън) Кокрофт. Баща му притежава малка предачна фабрика и трима от неговите братя тръгват по стъпките на баща си, защото семейството им се занимава с този бизнес вече пет поколения наред. Но Джон, блестящ ученик и спортист, получава през 1914 г. стипендия за следване в Манчестърския университет.

В Манчестър Кокрофт започва да учи математика и посещава лекциите на физика Ърнест Ръдърфорд. Ръдърфорд, като получава признание за своите изследвания на радиоактивността и строежа на атома, успява да докаже, че алфа-частиците са хелиеви атомни ядра. Нещо повече, той доказва, че атомите се състоят от положително заредени ядра, около които обикалят по орбити отрицателно заредени електрони. Това е време, когато пред математиците и физиците се изправят множество сериозни проблеми. Радиоактивността е открита от Анри Бекерел преди по-малко от двадесет години, през 1896 г.; теорията за относителността наАлберт Айнщайн, публикувана през 1905 г., е едва в началото на осмислянето си от учените. Но започва Първата световна война и през 1915 г., след едногодишни занимания в университета, Кокрофт се записва в доброволческото формирование „Асоциация на младите християни“. През същата година е призован в армията. До излизането си в запас през 1918 г. воюва на Западния фронт и се издига в службата от сигнализатор до офицер в Кралската полева артилерия.

Като се връща в Манчестър, Кокрофт започва да се занимава с електротехника и за изследванията си получава през 1922 г. степента бакалавър. След това става стипендиант по математика в колежа „Сент Джон“ в Кеймбридж, получава там през 1924 г. степента магистър и постъпва в кеймбриджката лаборатория „Кавендиш“ като младши асистент-изследовател. Четири години по-късно получава докторска степен. В Кеймбридж Кокрофт чете лекции по физика и се занимава с математически и технически разработки. Заедно с руския физик Пьотр Капица разработва трансформаторни намотки за получаване на интензивни магнитни полета. Изследва също така повърхностните слоеве, получени с помощта на атомни лъчи.

Ръдърфорд е директор на лабораторията „Кавендиш“ от 1919 г., идвайки там като известен вече учен, доказал, че атомното ядро може да се разрушава с бомбардиране от субатомни частици. Деленето на ядрото, което Ръдърфорд осъществява, използвайки естествено излъчване на алфа-частици (хелиеви ядра) и превръщайки при това атомите на азота в атоми на кислород, открива ново поле за експериментални изследвания. Следващата най-близка цел е да се осъществи преобразуване на атомите в много по-големи мащаби, отколкото е осъществимо с методите на Ръдърфорд. Някои изследователи смятат, че това може да стане с ускоряване на атомни частици в големи количества. Но тъй като положително заредените частици се отблъскват силно от атомните ядра, които също са заредени положително, трябва да се получат извънредно големи ускорения.

Много учени и в Европа, и в Съединените щати се надпреварват да получат по-голямо ускорение на частиците, използвайки различни подходи. При така наречения пряк метод се получава енергия с помощта на единичен високоволтов електрически импулс. При друг метод частиците се ускоряват, като преминават циклично през низковолтово поле няколко пъти. От двата метода цикличният изглежда за повечето от изследователите по-обнадеждаващ: макар че за него се изисква по-сложно оборудване, напрежението, което се използва, е напълно достъпно, докато при прекия метод необходимото високо напрежение се получава по онова време трудно.

Вдъхновен от теориите на физика с руски произход Георгий Гамов, Кокрофт решава да развие прекия метод. С помощта на квантовата механика Гамов пресмята, че понеже имат вълнови свойства, субатомните частици могат да проникнат понякога през ядрената бариера, дори и когато енергията им не е достатъчна за нейното преодоляване. Уравненията на Гамов обясняват как алфа-частиците могат да напускат ядрата на радиоактивните елементи; но Кокрофт разбира, че същите принципи позволяват на други частици да проникват в ядрото с помощта на енергия, която е съществено по-малка, отколкото се смята преди това.

С Ърнест Уолтън, негов колега от лабораторията „Кавендиш“, Кокрофт разработва основаваща се на прекия метод установка, способна да подава напрежение само от 600 киловолта в тръба, съдържаща водород. (За преодоляване на ядрената бариера са необходими няколко милиона волта.) С помощта на тази установка Кокрофт и Уолтън бомбардират през април 1932 г. литий с водородни ядра (протони). „Почти веднага – спомня си по-късно Кокрофт, - при енергия от 125 киловолта, доктор Уолтън забеляза ядрена сцинтилация, характерна за алфа-частиците“. Те превръщат лития и водорода в хелий, като стават първите учени, които успяват да разделят атома по изкуствен път. Тяхното достижение е също така експериментално потвърждение на теорията на Гамов и доказва, че количеството енергия, освобождаваща се при преобразуването на атомите, съответства точно на основното уравнение от теорията за относителността на Айнщайн: E = mc2.

През 30-те години Кокрофт продължава своите експерименти, използвайки различни бомбардиращи частици и атомни ядра, такива като бор и флуор. След откриването на изкуствените радиоактивни елементи от Фредерик Жолио и Ирен Жолио-Кюри Кокрофт и Уолтън доказват, че също могат да получат такива елементи, облъчвайки бор и въглерод с ядра на водород. През 1934 г. Кокрофт, способен администратор, е назначен за директор на лабораторията „Монд“ на Кралското дружество в Кеймбридж. Една година по-късно заедно с Ръдърфорд се заема да преобразува лабораторията „Кавендиш“, по-специално установения там циклотрон – ускорител, изобретен от Ърнест О. Лорънс. Цикличните ускорители са бързо усъвършенствани и стават общоприети, макар че генераторът на Кокрофт и Уолтън продължава да се използва като източник на протони в редица мощни установки.

През 1939 г. започва Втората световна война и Кокрофт участва във военните разработки на Великобритания. Възложена му е основната отговорност за разработването и прилагането на радарите, решаващ фактор, който осигурява успех на Британия във въздушната война с Германия. През 1940 г. е изпратен в САЩ като вицепрезидент на комисията, която води преговорите за обмен на техническа военна информация с американските учени преди включването на Съединените щати във войната. След като се връща от САЩ, Кокрофт оглавява отдела за научни изследвания на британските ВВС. През 1944 г. заминава за Канада и поема ръководството на отдела за атомна енергия, подчинен на Националния изследователски съвет на Канада; тази групата участва в Манхатънския проект за разработването и производството на първата атомна бомба.

Кокрофт се връща в Англия през 1946 г., за да оглави новото ведомство за изследвания в областта на атомната енергия, резултат от дейността на което е първата създадена в света атомна електроцентрала в комплекса Селафилд, Северна Англия. Активен участник в много области, Кокрофт е член на Британското управление за атомна енергия и на ЦЕРН (Европейския център за ядрени изследвания в Женева, Швейцария). Той основава лабораторията, известна днес като лаборатория за високи енергии „Ръдърфорд“, чието първокласно оборудване е свободно достъпно за всички учени от британските университети.

През 1959 г. Кокрофт оглавява колежа „Чърчил“ в Кеймбридж. По време на смъртта си през 1967 г. той е президент на Пъгуошката конференция и един от лидерите на Лейбъристката партия.

Кокрофт се жени през 1925 г. за Юнис Елизабет Кребтри, семейството има четири дъщери и един син.

Освен с Нобелова награда Кокрофт е удостоен с Кралския медал на Кралското дружество (1954 г.), с международния златен медал Нилс Бор на Датското дружество на строителните инженери, електротехниците и механиците (1958 г.) и с наградата „За мирен атом“, учредена от фонда „Форд“ (1961 г.). Той е член на Кралското дружество, а също така почетен член на Американската академия на науките и изкуствата и на Шведската кралска академия на науките. През 1948 г. Кокрофт получава благородническа титла. Той има почетни степени от Оксфордския университет, Лондонския университет, университета в Торонто и университета в Глазгоу.

Превод от руски: Павел Б. Николов