Нобелови лауреати – 1937 година

Клинтън Джозеф Дейвисън (Clinton Joseph Davisson)

22 октомври 1881 г. – 1 февруари 1958 г.

Нобелова награда за физика, 1937 г. (заедно с Джордж Паджет Томсън)

(За експерименталното откриване на дифракцията на електроните в кристалите.)

Американският физик Клинтън Джозеф Дейвисън е роден в Блумингтън (щат Илинойс). Той е едно от двете деца и единствен син на бояджията Джозеф Дейвисън и учителката Мери (Калверт) Дейвисън. Завършва блумингтънското средно училище през 1902 г. По време на обучението си в Чикагския университет проявява толкова необикновени способности по физика, че в средата на 1903/04 учебна година един от неговите професори, Робърт А. Миликен, го препоръчал за мястото на починал преподавател по физика в университета "Пардю". През 1904 г. Дейвисън се връща в Чикаго и една година по-късно става преподавател в Принстънския университет. За четири летни сесии в Чикагския университет завършва през 1908 г. дисертацията си и получава степента бакалавър.

В Принстън Дейвисън работи като асистент на английския физик Оуен У. Ричардсън, който става ръководител на докторската му дисертация. През 1911 г. Дейвисън завършва докторската си дисертация по физика и магистърска по математика. Дисертацията му носи заглавието "За топлинните емисии на положителните йони от горещи тела" ("On the Thermal Emission of Positive Ions From Hot Bodies"). Терминът "топлинни емисии" е измислен от Ричардсън за означаване на кръг от явления, свързани с излъчването на електрически заредени частици от нагорещените тела.

Докато учи в колежа и в университета Дейвисън не ползва ничия материална подкрепа. През август 1911 г. се жени за Шарлот Сара Ричърдсън, сестра на Оуен Ричардсън. Семейството има четиир деца. Когато Дейвисън става асистент-професор в Технологичния институт "Карнеги", двойката се премества в Питсбърг. Преподавателската натовареност на Дейвисън е толкова голяма, че за шест години успява да реализира само един свой замисъл и да публикува получените резултати.

Когато Съединените щати влизат в Първата световна война (1917 г.), Дейвисън се записва доброволец в армията, но е отхвърлен от медицинската комисия. Той е с много крехко телосложение и макар че не се оплаква от здравето си, му се налага да пази силите си, чийто запас е явно ограничен.

Като си взема отпуск от Технологичния институт "Карнеги", Дейвисън отива да работи в инженерния департамент на фирмата "Уестърн електрик", където се занимава с разработването на електронни лампи за нуждите на армейските свързочни средства. Подобни лампи работят като електронни капани, позволявайки да се регулира потока електрони от нажежена жичка към положително заредена метална пластинка. Напрежението, подавано на метална мрежа, разположена между жичката и пластинката, позволява да се модулира електронни поток. Въпреки че изследванията, които се правят с военна цел, отнемат не малко сили и време, Дейвисън успява да работи и над проблемите на фундаменталната физика. Скоро той си спечелва репутацията на изобретателен и прецизен експериментатор, умеещ да преодолява всякакви трудности. След кроя на войната Дейвисън продължава да работи в инженерния департамент на "Уестърн електрик", който се превръща по-късно в "Бел телефон лабораториз".

В "Уестърн електрик" Дейвисън се занимава с изследвания на термойонните емисии и емисиите на електроните от метали при бомбардиране на повърхностите им с електрони. Той се опитва да изясни механизмите на електронните емисии от нажежените жички в електронните лампи. Ако нишката или нейното покритие от метални оксиди, което увеличава излъчващата способност, престават да функционират, електронната лампа става безполезна като прибор. Изследванията на Дейвисън помагат да се увеличи работния срок на електронните лампи.

В новите, по-сложни електронни лампи с междинна метална мрежа първичните електрони, движещи се от нишката към приемащата пластинка, имат прекалено висока енергия и като бомбардират мрежата, индуцират емисия от вторични електрони, което влошава работата на електронните устройства. През 1919 г. Дейвисън започва да изследва взаимодействието на електроните с металните повърхности. Той насочва към дадена повърхност лъч електрони и измерва скоростта, енергията и ъгъла на излитане на емитираните от нея вторични електрони. Заедно със своя сътрудник Ч. Х. Кунсман Дейвисън измерва разсейването на електрони от поликристалните метали (обикновеният търговски достъпен метал се състои от множество много дребни кристали), но не успява да обяви получените резултати.

През 1925 г. немският физик Валтер Елзасер изказва предположение, че картината на разсейване може да бъде обяснена с вълновата природа на електрона. Малко преди това френският физик Луи дьо Бройл е предложил хипотезата за вълновите свойства на електроните. Дължината на вълната на електрона според Бройл е обратно пропорционална на неговата скорост. Според Елзасер при напреженията, с които работи Дейвисън, дължината на вълната на електроните става сравнима с дължината на вълната на рентгеновото излъчване, което взаимодейства ефективно с атомната решетка на металните кристали. Но понеже Елзасер не успява да потвърди експериментално своята хипотеза, Дейвисън не я приема.

През 1925 г., по време на експеримент за разсейване на електрони, никеловата мишена, която Дейвисън и Лестър Х. Джермър използват, се окислява поради нарушение на вакуума. За да премахнат никеловия оксид, експериментаторите прогарят мишената отначало във водород, а след това във вакуум. Фокусирайки лъча електрони върху различни краища на кристалната никелова мишена, те измерват броя на електроните, отразявани под различни ъгли. Отначало електроните се отразяват еластично, както гумени топки отскачат при удар о твърда стена. Но след промените в структурата на кристалната мишена, предизвикани от температурната обработка, в разпределението на разсеяните електрони се забелязва силна зависимост от ориентацията на кристала. Като приписват променилото се ъглово разпределение на разсеяните електрони на дифракцията на електроните в мишената, която този път не е от множество малки, а от няколко едри никелови кристала, Дейвисън и Джермър се заемат да изследват разсейването на електроните при монокристални мишени.

На състоялото се през 1926 г. събрание на Британската асоциация за поощряване на науката Дейвисън обсъжда резултатите от своите експерименти с Макс Борн, Джеймс Франк и П. М. С. Блекет. Те го убеждават в правилността на обяснението, предложено от Елзасер, и в това, че наблюдаваната от него картина на разсейването на електроните се дължи на вълните на дьо Бройл. Като се връща в своята лаборатория, Дейвисън започва систематично търсене на явления, свързани с вълните на дьо Бройл. През януари 1927 г. той наблюдава лъчи електрони, появяващи се при дифракция на никеловия монокристал. Експерименталните резултати потвърждават напълно предвижданията на дьо Бройл за вълновия характер на веществото (в дадения случай - на електроните).

След получаването на Нобеловата награда Дейвисън започва изследвания в областта на електронната оптика, особено го интересуват нейните технически проблеми. Проведените от него изследвания за взаимодействието на електронните лъчи с електрическите и магнитните полета в пространството помагат на Ернст Руска да изобрети през 1939 г. електронния микроскоп.

По-късните изследвания на Дейвисън за използването на електронните лъчи във физиката на кристалите довеждат до създаването на средства за изследване на структурата на повърхностите и на редица химически прибори. Получените от Дейвисън резултати намират приложение при създаването на микровълновите източници, използвани в радарите, кварцовите генератори и в различни области на физиката.

Заедно с четирите си деца съпрузите Дейвисън обичат да прекарват лятото в дома си в Бруклин (щата мен), който Дейви, както приятелите наричат Дейвисън, е построил със собствените си ръце. Там той прави дълги разходки, чете, играе на тенис, ходи на театър и размишлява над проблемите на теоретичната физика. Дейвисън е от тези малцина физици, които имат опит с работата в промишлеността и които нямат никаква склонност към административна работа или лидерство. Негов вътрешен стимул е стремежът към пълно и точно опознаване на изследваното явление. През цялото време, докато работи в промишлеността, колегите му не един път идват при него, за да обсъдят проблеми, които искат бързо решение, и почти никога не си тръгват без идеи, които ги придвижват съществено по пътя за достигане на целта.

След като излиза в оставка от "Бел лабораториз" през 1946 г., Дейвисън става нещатен професор в университета на щат Вирджиния и остава на този пост до 1954 г. Умира в Шарлотесвил (щат Вирджиния).

Дейвисън е член на много научни дружества, на Националната академия на науките и на Националния съвет за научни изследвания (САЩ). Удостоен е с наградата Комсток на американската Национална академия на науките (1928 г.), на медала Елиът Кресон на Института "Франклин" (1931 г.), на медала Хюз на Лондонското кралско дружество (1935 г.), на медала на завършилите Чикагския университет (1941 г.) Той е почетен доктор на науките на университета "Пардю", на Принстънския университет, на университета "Лайонз" и на колежа "Колби".

Превод от руски: Павел Б. Николов