НОБЕЛОВИ ЛАУРЕАТИ / 1976 г. / ФИЗИКА / САМЮЕЛ ТИНГ

Самюел Тинг (Samuel Ting)

27 януари 1936 г.

Нобелова награда за физика (заедно със Бъртън Рихтер)

(За пионерската му работа за откриването на тежка елементарна частица от нов вид.)

Американският ядрен физик Самюел Тинг е роден в Ан Арбър (щат Мичиган). Той е най-голямото от трите деца на Тинг Куанхай, професор, специалист по технологии, работещ по това време в Мичиганския университет, и Ван Куанхай, професор по психология. Два месеца след раждането му семейството се връща в континентален Китай, където Тинг прекарва ранното си детство. Като юноша живее в Тайван, там баща му преподава в Тайванския национален университет. Тинг се връща в САЩ през 1956 г. Само със сто долара в джоба и слабо владеене на английски език, но с желание да постъпи в Мичиганския университет. Подкрепян от стипендиантски фонд, той постига своето и през 1959 г. получава степента бакалавър по математика и физика, през 1960 г. - степента магистър по физика, а през 1962 г. - докторска степен по физика.

Тинг прекарва през 1963 г. в ЦЕРН (Европейския център за ядрени изследвания) в Женева (Швейцария), работейки заедно с италианския физик Джузепе Кокони на протонния синхотрон – ускорител на частици. Две години по-късно се мести във факултета на Колумбийския университет в Ню Йорк и скоро започва да се интересува от скорошния експеримент, проведен с ускорителя на електрони в Харвардския университет. Експериментът е свързан с „получаването на двойки частици“, иначе казано – с едновременното излъчване на електрон и неговата античастица позитрон при сблъскването на квантово излъчване (фотон) с ядрена мишена. (Позитронът прилича по всичко на електрона, с изключение на знака на заряда, който при позитрона е положителен). Експерименталните резултати като че ли нарушават някои предсказания на квантовата електродинамика, описваща взаимодействието на материята с електромагнитното излъчване.

Като си взема отпуск от Колумбийския университет, Тинг занимава за Хамбург (ФРГ), за да повтори харвардския експеримент с ускорителя ДЕСИ (название на германския електронен синхротрон). Хамбургската група под ръководството на Тинг създава инструмент, наречен двулъчев спектрометър, който е предназначен за регистриране на електронно-позитронни двойки. Двата лъча на спектрометъра позволяват да се измерват импулсите (произведението на масата и скоростта) на двете частици (които се отклоняват с големи магнити), а също така ъглите между траекториите им и направлението на входящия сноп. Разделното измерване на скоростите на частиците позволява да се изчислят масите им и да се определи общата им енергия. След това те могат да се идентифицират и да се установи корелацията между тях. Има възможност спектрометърът да се настрои и така, че да регистрира само частици с определени импулси, за да могат да се използват различни ефективни маси. Получените от групата експериментални резултати показват, че описанието на възникването на двойките, направено от квантовата електродинамика, е вярно чак до малките разстояния от порядъка на една стотрилионна част от сантиметъра.

Тинг продължава да проучва възникването на двойките и да търси нови частици, при чието разпадане се образуват електронно-позитронни двойки. Едновременно с работата си на ДЕСИ той започва да преподава през 1967 г. физика в Масачузетския технологичен институт (МТИ) и две години по-късно става професор. С групата си през 1971 г. Тинг започва да търси частици на ускорителя на протони с мощност 30 милиарда електронвалта в Брукхейвънската национална лаборатория в Лонг Айлънд (щат Ню Йорк).

Тинг търси кратко съществуващи и относително тежки частици. Тъй като голямата маса е еквивалентна на много голяма енергия според теорията за относителността на Алберт Айнщайн, търсените частици могат да се появят само при бомбардиране на мишена с частици с висока енергия. За подобни изследвания е необходим преди всичко свръхчувствителен детектор, който да е способен да идентифицира събитие като появата на електронно-позитронна двойка с измерима енергия в течение на една милиардна част от секундата. Това трябва да стане сред милиарди други взаимодействия, които не са интересни, и под натиска на десет трилиона протона в секунда. Не трябва да се очаква, че частица от подобен вид може да се улови и наблюдава непосредствено, но тя трябва да се появи, разпадайки се на електронно-позитронна двойка, чиято енергия трябва да се равнява на енергията на изчезналата родителска частица. Това изисква висока разрешаваща способност при големите маси, иначе казано – възможността да се прибавят точно известни неголеми порции енергия към вече съществуващото голямо количество енергия и да се измери тяхното влияние за образуването на двойките. Със своите колеги Тинг решава да създаде оригинален вариант на двулъчевия спектрометър. Изключително сложният апарат, след като е нагласен старателно всеки негов компонент, започва да работи почти от първото си включване. Това добавя нов щрих към репутацията, която Тинг си спечелва в Хамбург, репутация на изкусен, прецизен експериментатор със завидна проницателност.

Групата на Тинг бомбардира със сноп протони берилиева мишена. През август 1947 г., след няколко месеца работа, учените откриват остро стръмно покачване, свързано с появата на електронно-позитронна двойка при 3,1 милиарда елетронволта. След още няколко месеца повторни проверки на този резултат по най-различни начини Тинг стига до извода, че става въпрос за нова, непредвидена преди това частица. Тя е два пъти по-тежка от другите сравними частици, а нейната маса има хиляда пъти по-тесен диапазон, което показва малко разхвърляне на енергетичните състояния, в които частицата може да се намира. Това трябва да послужи за ключ към изясняването на нейната природа. Тинг иска да изследва други свързани с това проблеми, преди да публикува резултатите, и не бърза със съобщение в печата. Той само информира Джордж Белетини, директор на лабораторията „Фраскати“ в Италия. Физиците от лабораторията буквално за два дена потвърждават откритието на Тинг. Статията на Тинг и групата от „Фраскати“ се появява в ноемврийския брой на списанието „Physical Review Letters“.

Когато Тинг търси име за новата частица, му припомнят, че за название на стабилните частици от възбудената група се използват в съвременната физика главни латински букви, а частиците от по-класическата група се означават с гръцки букви. Понеже при опитите му участват електромагнитни токове, които се означават със символа J, той дава на своята частица името J (джей). По време на поредната планова среща на територията на Станфордския линеен ускорител (СЛАК) в Калифорния Тинг разказва за своето откритие на директора на СЛАК Волфганг Панофски. Тогава Панофски му казва, че само преди няколко дена физикът от СЛАК Бъртър Рихтер е направил съобщение за аналогично откритие. Като сравняват запиисте, Тинг и Рихтер стигат до извода, че са открили една и също частица, която Рихтер нарича ψ (пси). В знак на признание за тяхната независимост един от друг и почти едновременното ѝ откриване частицата е наречена джей/пси. Много физични лаборатории внасят изменение в плановете си за работа, за да изследват новата частица, докато ядрените теоретици се опитват да ѝ намерят място в своите теории.

Понеже частицата джей/пси живее няколко пъти по-дълго, отколкото може да се обясни, като се вземе предвид допускането, че съществуват само три фундаментални частици, наречени кварки, които образуват различни комбинации, физиците изказват предположението, че наличието на тази частица е свързано със съществуването на четвърти кварк, наречен очарован. Макар че последната частица е предсказана по-рано, експериментално потвърждение за нейното съществуване до откритието на Тинг и Рихтер няма.

С помощта на ускорителите в ЦЕРН и ДЕСИ Тинг продължава да търси нови частици. Той също така изпълнява преподавателските си задължения в МТИ, където през 1977 г. става първи институтски професор.

През 1960 г. Тинг се жени да Кей Кюне, архитектка. Семейството има две дъщери. През 1985 г. ученият се жени повторно за Сюзан Маркс, от която има син. Той е известен като спокоен, увличащ се човек и прецизен експериментатор.

Тинг е член на Американската академия на науките и изкуствата, на американската Национална академия на науките, на Европейското и Италианското физично дружество. Той получава паментана награда Ърнест Орландо Лорънс за физика на Агенцията за изучаване и развитие на енергетиката на САЩ (1976 г.). Има също така присъдена почетна научна степен от Мичиганския университет.

Превод от руски: Павел Б. Николов