Нобелови лауреати – 1961 година

Робърт Хофщетер (Robert Hofstadter)

5 февруари 1915 г. – 17 ноември 1990 г.

Нобелова награда за физика (заедно с Рудолф Мьосбауер)

(За основополагащи изследвания по разсейване на електроните от атомните ядра и свързаните с тях открития в областта на структурата на нуклоните.)

Американският физик Робърт Хофщетер е роден в Ню Йорк. В семейството на търговеца Луис Хофщетер и на Хенриета Кьонинсберг има четири деца, а Робърт е третият син. Детските си години Хофщетер прекарва в Ню Йорк, там учи първоначално, а след това постъпва в нюйоркския колеж „Сити“, където специализира физика и математика. През 1935 г. получава степента бакалавър с отличен успех и наградата „Кениън“ по физика и математика. За цял живот запазва признателността си към един от своите преподаватели в колежа, който успява да му предаде своето увлечение към точните науки, защото първоначалните интереси на Хофщетер са насочени към философията. Стипендията „Кофин“ от компанията „Дженерал електрик“ позволява на Хофщетер да постъпи в Принстънския университет. През 1938 г. са му присвоени научните степени магистър и доктор на науките по физика. Като получава стипендията „Проктър“, следващата година Хофщетер прекарва в Принстънския университет, занимавайки се с изследвания на фотопроводимостта на кристалите. През 1940 г. става преподавател в Пенсилванския университет, а през 1941 г. – в колежа „Сити“ в Ню Йорк. Става стипендиант на Пенсилванския университет и участва през 1940-1941 г. в изграждането на големия генератор на Ван де Грааф.

През 1942-1943 г. Хофщетер работи в Националното бюро по стандартите и допринася за създаването на фотоелектричните дистанционни взриватели за зенитни снаряди. От 1943 до 1946 г. той заема поста асистент на главния физик на компанията „Нордън лабораториз“, създала знаменития прицел за бомбардиране „Нордън“. След края на войната Хофщетер се връща към академичния живот и през 1946 г. става асистент-професор в Принстънския университет. През този период неговите изследвания са съсредоточени върху кристалите, използвани за детектори на частици с висока енергия, и върху радиацията. През 1948 г. Хофщетер разработва сцинтилационен детектор на основата на солния кристал на натревия йодид, „легиран“ с неголямо количество талий. При сблъскването с такъв кристал на високоенергетична атомна частица или на фотон (частица светлинна енергия) възниква светлинен блясък, чиято интензивност е пропорционална на енергията на частицата или фотона. Измервайки интензивността на светлината, експериментаторът получава възможността да измери и енергията на частиците. Този ефект лежи в основата на сцинтилационния спектометър – едно от основните средства за измерване при изследване на ядрените реакции.

През 1950 г. Хофщетер е назначен за адюнкт-професор по физика в Станфордския университет. Използвайки новия ускорител на електрони в Лабораторията по физика на високите енергии към университета, той започва да изследва структурата на ядрото. През това време Джордж П. Томпсън, Клинтън Д. Дейвисън и други доказват, че електроните имат вълнова природа. Известно е, че при увеличаване на енергията дължината на вълната на електрона намалява. Станфордският ускорител позволява да се ускоряват електроните до енергия от 100 до 500 милиона електрон-волта. Това означава, че ускорителят може да се използва като гигантски електронен микроскоп, позволяващ да се изследва структурата на атомните ядра. При сблъсък с ядрото електронът, ускорен в ускорителя, се отклонява като билярдна топка. В някои случаи ядрото се разпада, излъчвайки допълнителни електрони и други частици. Изследвайки остатъците от подобни сблъсъци, Хофщетер се надява да получи представа за структурата на ядрото.

Хофщетер измерва отклонението на електроните, чийто сблъсък с ядрото не се съпровожда от излъчване на нови частици. За тази цел използва два масивни, тежащи 250 т, магнитни спектрометъра. Спектоветърът е прибор, позволяващ да се сортират електроните по енергията им и по ъгъла на отклонение от първоначалната им траектория. С помощта на това оборудване Хофщетер успява да измери величината и да определи формата на много атомни ядра. Става ясно, че всички ядра имат приблизително една и съща средна плътност. Обемът на ядрото е пропорционален на пълния брой на протоните и неутроните. Това означава, че в големите тежки едра тези частици са опаковани не по-плътно, отколкото в малките. Почти постоянната плътност на ядрата се оказва равна на 150 милиона килограма на кубичен метър. Ако една капка вода има подобна плътност, ще тежи 2 милиона тона.

Макар Хофщетер да открива, че средната плътност на всички ядра е приблизително еднаква, неговите експерименти доказват, че атомното ядро съвсем не е просто сфера с твърда обвивка. То има мека „кожа“, чиято дебелина е еднаква за всички ядра, независимо от техния размер.

След реконструкцията на станфордския ускорител, който започва да ускорява електроните до енергия от 1 милиард електрон-волта, Хофщетер започва да изследва вътрешната структура на протоните и неутроните – частици, от които се състои атомното ядро. През 1956-1957 г. той определя заедно със своята група размерите и формата на протона и неутрона. Изследователите стигат до извода, че протоните и неутроните са разновидност на една частица, получила името нуклон. Макар че протонът и неутронът имат различен електрически заряд (положителен за протона и нулев за неутрона), при всички процеси, свързани със силното взаимодействие, което не позволява на атомното ядро да се разпадне, те реагират по едни и същи начин. Откритието на Хофщетер доказва неадекватността на съществуващата по това време теория за ядрото и подтиква Йоширо Намбу от Чикагския университет да преразгледа нейните най-важни понятия. По това време се смята, че носител на взаимодействията между нуклоните са пи-мезоните – частици с маса, състояща се от около половината маса на протона. Намбу привежда теоретични аргументи в полза на съществуването на по-тежки и по-кратко съществуващи носители на силни взаимодействия. Предсказаните от него частици са открити през 1961 г.

От 1971 г. Хофщетер е професор в Станфордския университет, където продължава своите изследвания по физика на високите енергии. През 1942 г. се жени за Нанси Гивън. Съпрузите имат три деца. Синът им Дъглъс става известен като специалист по изкуствения интелект. Според отзиви на колегите си, Хофщетер е спокоен, тих човек. Той обича да слуша класическа и джазова музика, да се занимава с фотография, да чете и да се пързаля със ски.

Хофщетер е член на Националната академия на науките на САЩ, на Американското и Лондонското физическо дружество. През 1959 г. е удостоен в Калифорния с почетната титла „Учен на годината“. През 1962 г. нюйоркският колеж „Сити“ издава медал в негова чест. Хофщетер е удостоен с почетни степени от колежа „Сити“, от Падуанския и от Карлтънския университет.

Превод от руски: Павел Б. Николов