エドウィン・マクミラン：元素にちなんで惑星を名付けた男

1940年5月、原子を構築するのではなく、主に原子を破壊するために作られたバークレーのサイクロトロンで作業中、エドウィン・マクミラン (Edwin McMillan) と化学者のフィリップ・アベルソン (Philip Abelson) は、誰も見たことのない物質を単離した。それは、周期表においてウランの先に作られた最初の元素であった。彼らはそれをネプツニウムと名付けた。なぜなら海王星 (Neptune) は天王星 (Uranus) の先にある惑星だからである。これは巨大な結果をもたらす小さなジョークであり、後に原爆の核心となる物質であるプルトニウムを生むことになる超ウラン元素時代を切り開くことになった。

カリフォルニアの物理学者の教育

マクミランは1907年9月18日、カリフォルニア州レドンドビーチで医師の息子として生まれ、科学を身近に感じながら育った。彼は1928年と1929年にカリフォルニア工科大学 (Caltech) で学士号と修士号を取得し、その後東部に移り、プリンストン大学で博士号を取得した。1932年にエドワード・コンドン (Edward Condon) の指導の下、非一様電場における分子線の偏向に関する論文を完成させた。これは正確で機器を多用した物理学の研究であり、彼がバークレーにもたらすことになる実験的気質を予感させるものだった。1932年にカリフォルニア大学バークレー校放射線研究所に加わり、キャリアの残りの期間、様々な立場でそこに留まった。1935年に講師となり、1946年に正教授、そして最終的には1958年から1973年まで研究所全体の所長に昇進した。

ネプツニウムと超ウランのフロンティア

ネプツニウムの発見は、エンリコ・フェルミ (Enrico Fermi) の以前のウラン爆撃実験によって残されたパズルに答えを出した。その実験では、誰も特定できない謎の放射性副産物が生成されていた。マクミランとアベルソンは、1940年5月27日のフィジカル・レビュー誌で「放射性元素93」というタイトルの結果を発表した。これは孤立した好奇心ではなく、この発見は同じ研究所で働いていたグレン・シーボーグ (Glenn Seaborg) に、同年後半にプルトニウムを生成するための直接の糸口を与えた。この超ウラン元素の共同発見により、マクミランとシーボーグは「超ウラン元素の化学における発見」に対して1951年のノーベル化学賞を共同受賞した。マクミランのその他の実験室での研究には、酸素15やベリリウム10の同位体の特定が含まれており、後者は約139万年という半減期で注目に値する。

戦時中の年月と爆弾

マクミランのキャリアはマンハッタン計画と直接交差した。彼はロスアラモスにある新しい研究所の技術仕様の策定を支援し、リチャード・ファインマン (Richard Feynman) やロバート・ウィルソン (Robert Wilson) を含む科学スタッフを採用し、爆縮設計作業に移行する前はガン型核兵器の開発努力の副リーダーを務めた。彼は1945年7月16日のトリニティ実験に立ち会い、自分が可能にする手助けをした物理学に基づいて構築された装置の最初の爆発を目の当たりにした。わずか5年前に、彼の特徴的な発見が周期表に関する純粋な科学的好奇心の問題として公に語られていた男にとって、それは奇妙な立場であった。

シンクロトロンの発明

マクミランの2つ目の大きな貢献は、トリニティ実験と同じ年に訪れた。1945年、彼は「位相安定性」の原理を解明した。これは粒子加速器内の加速電場のタイミングを計り、わずかに早くまたは遅く到着した粒子が自動的に同期状態に戻るようにする手法である。この洞察により、光速に近づくにつれて加速場とステップがずれてしまう以前のサイクロトロンよりもはるかに高いエネルギーに到達できるシンクロトロンやシンクロサイクロトロンを構築することが可能になった。ソビエトの物理学者ウラジーミル・ヴェクスラー (Vladimir Veksler) は1944年に密接に関連するアイデアを発表しており、戦時の閉ざされた国境の両側で独自にこの概念を開発した二人の男は、その功績を認められて1963年の「平和のための原子賞」を共同受賞した。

その後のキャリアと名誉

マクミランはバークレー放射線研究所（後のローレンス・バークレー国立研究所）を15年間率い、1968年から1971年まで全米科学アカデミーの議長を務め、公式引退後もCERNで働き、1974年と1975年にはミューオンの磁気モーメント実験に貢献した。彼はシンクロサイクロトロン自体を含む9つの米国特許を保有し、死の前年の1990年にアメリカ国家科学賞を受賞した。1941年にエルシー・ウォルフォード・ブルーマーと結婚し、3人の子供が彼を見送った。1984年に脳卒中を患い、1991年9月7日にカリフォルニア州エルセリートで糖尿病の合併症により亡くなった。彼のノーベル賞メダルは、スミソニアン協会のアメリカ国立歴史博物館に保管されている。

エドウィンが天才と呼ばれる理由

マクミランの天才としての評価は、先見の明というよりは職人のものに近い。彼は大統一理論や物質の新理論を追い求めていたのではなく、粒子が光速に近づくときに同期を保つ方法、サイクロトロンの残骸の中に埋もれた微かな放射性信号を特定する方法といった具体的な計器の問題を解決していたのであり、それぞれの解決策が偶然にも分野を再編成したのである。ノーベル委員会の引用は、理論体系ではなく特定の発見に対するものであり、物理学の歴史家は一般的に、彼に広範な概念的独創性よりも、細心の注意を払った厳密な実験的判断力を帰している。「天才」というレッテルに対する正直な反論は、彼の2つの代表的な功績にはいずれも近い同時期のライバルが存在していたという点である。アベルソンはネプツニウムの功績を完全に共有し、ヴェクスラーはほぼ同時に独自に位相安定性に到達した。これは、アイデアがある意味で、同じ問題に取り組んでいる十分注意深い実験家であれば誰でも発見できる準備ができていたことを示唆している。否定できないのは、マクミランが同じ実験ベンチで40年間にわたって生み出した一貫性があり検証可能な結果の密度と、核化学と粒子加速という全く異なる2つの物理学の難問を、同じ5年間のうちに機能する機械に変えるために必要な規律である。

レガシー

病院のがん治療用加速器から大型ハドロン衝突型加速器のブースターリングに至るまで、あらゆる現代のシンクロトロンはマクミランの位相安定性の洞察から派生しており、ネプツニウムの発見は今日の核科学を定義する超ウラン化学の冒頭の章であり続けている。彼の甥である物理学者のジョン・クラウザー (John Clauser) は、後に2022年にノーベル物理学賞を受賞し、実験の厳密さという家族の系譜を世代を超えて受け継いだ。