Эдвин Макмиллан: человек, назвавший планету в честь элемента

В мае 1940 года, работая на берклийском циклотроне, построенном в основном для разрушения атомов, а не для их создания, Эдвин Макмиллан (Edwin McMillan) и химик Филип Абельсон (Philip Abelson) выделили вещество, которое никто раньше не видел: первый элемент, созданный за пределами урана в периодической таблице. Они назвали его нептунием (neptunium), поскольку Нептун (Neptune) — это планета, следующая за Ураном (Uranus). Это была маленькая шутка с огромными последствиями, поскольку она открыла эру трансурановых элементов, которая вскоре привела к открытию плутония (plutonium), материала, лежащего в основе атомной бомбы.

Образование калифорнийского физика

Макмиллан родился 18 сентября 1907 года в Редондо-Бич, штат Калифорния, в семье врача и с детства впитывал науку почти по факту близости к ней. Он получил степени бакалавра и магистра в Калтехе (Caltech) в 1928 и 1929 годах, а затем отправился на восток для получения докторской степени в Принстонском университете, которую завершил в 1932 году под руководством Эдварда Кондона (Edward Condon) с диссертацией об отклонении молекулярного пучка в неоднородном электрическом поле — это была точная, насыщенная приборами физика, которая предвосхитила экспериментальный темперамент, который он принесет в Беркли. Он присоединился к Радиационной лаборатории Калифорнийского университета в Беркли в 1932 году и оставался там на разных должностях всю оставшуюся карьеру, пройдя путь от инструктора в 1935 году до полного профессора в 1946 году и, в конечном итоге, до директора всей лаборатории с 1958 по 1973 год.

Нептуний и рубеж трансурановых элементов

Открытие нептуния ответило на загадку, оставленную более ранними экспериментами Энрико Ферми (Enrico Fermi) по бомбардировке урана, которые давали таинственные радиоактивные побочные продукты, которые никто не мог идентифицировать. Макмиллан и Абельсон опубликовали результат под простым названием «Радиоактивный элемент 93» в Physical Review 27 мая 1940 года. Это не было изолированной диковиной: открытие дало Гленну Сиборгу (Glenn Seaborg), работавшему в той же лаборатории, прямую наводку, которая позже в том же году привела к получению плутония. За это совместное открытие трансурановых элементов Макмиллан и Сиборг разделили Нобелевскую премию по химии 1951 года «за их открытия в области химии трансурановых элементов». Другие лабораторные работы Макмиллана включали идентификацию изотопов кислорода-15 и бериллия-10, причем последний примечателен периодом полураспада около 1,39 миллиона лет.

Военные годы и бомба

Карьера Макмиллана напрямую пересеклась с Манхэттенским проектом. Он помог установить технические характеристики новой лаборатории в Лос-Аламосе, набрал научных сотрудников, включая Ричарда Фейнмана (Richard Feynman) и Роберта Уилсона (Robert Wilson), и служил заместителем руководителя работ по созданию ядерного оружия пушечного типа, прежде чем перейти к работе над имплозивной конструкцией. Он присутствовал на испытании «Тринити» 16 июля 1945 года, наблюдая первый взрыв устройства, построенного на физике, которую он помог сделать возможной. Это была странная позиция для человека, чье знаковое открытие, всего пять лет назад, публично подавалось как вопрос чисто научного любопытства к периодической таблице.

Изобретение синхротрона

Второй крупный вклад Макмиллана пришелся на тот же год, что и «Тринити». В 1945 году он разработал принцип «фазовой стабильности», метод синхронизации ускоряющих электрических полей в ускорителе частиц, чтобы частицы, прибывающие чуть раньше или позже, автоматически возвращались в синхрон. Это озарение сделало возможным создание синхротронов и синхрофазотронов, способных достигать гораздо более высоких энергий, чем ранние циклотроны, частицы которых выпадали из шага с ускоряющим полем по мере приближения к скорости света. Советский физик Владимир Векслер опубликовал близкую по смыслу идею в 1944 году, и оба ученых, которые развили концепцию независимо друг от друга по разные стороны закрытой военной границы, разделили премию «Атомы для мира» 1963 года в знак признания этого.

Дальнейшая карьера и награды

Макмиллан продолжал руководить Радиационной лабораторией Беркли (позже Национальная лаборатория имени Лоуренса в Беркли) в течение пятнадцати лет, возглавлял Национальную академию наук с 1968 по 1971 год и даже работал в ЦЕРН (CERN) после своего официального выхода на пенсию, участвуя в экспериментах с магнитным моментом мюона в 1974 и 1975 годах. Он обладал девятью патентами США, в том числе на сам синхрофазотрон, и получил Национальную научную медаль США в 1990 году, за год до смерти. В 1941 году он женился на Элси Уолфорд Блумер (Elsie Walford Blumer); у них было трое детей. В 1984 году он перенес инсульт и умер 7 сентября 1991 года в Эль-Серрито, Калифорния, от осложнений сахарного диабета. Его Нобелевская медаль хранится в Смитсоновском национальном музее американской истории.

Почему Эдвина называют гением

Претензия Макмиллана на гениальность — это претензия мастера, а не провидца: он не гнался за великим объединением или новой теорией материи, он решал конкретные инструментальные проблемы — как удерживать частицы в синхронности по мере их приближения к скорости света, как идентифицировать слабый радиоактивный сигнал, скрытый в обломках циклотрона — и каждое решение случайным образом переупорядочивало область. Формулировка Нобелевского комитета касалась конкретного открытия, а не теоретической базы, и историки физики обычно приписывают ему тщательность, точное экспериментальное суждение, а не всеобъемлющую концептуальную оригинальность. Честный контраргумент любому ярлыку «гения» заключается в том, что у обоих его знаковых достижений были близкие, одновременные соперники: Абельсон разделил полную заслугу за нептуний, а Векслер независимо пришел к фазовой стабильности почти в то же время, что предполагает, что идеи были, в некотором смысле, готовы к обнаружению любым достаточно осторожным экспериментатором, работающим над той же проблемой. Неоспорима плотность последовательных, проверяемых результатов, которые Макмиллан произвел за четыре десятилетия на одном и том же лабораторном столе, и дисциплина, необходимая для превращения двух совершенно разных физических головоломок — ядерной химии и ускорения частиц — в работающие машины в течение одного пятилетнего отрезка.

Наследие

Каждый современный синхротрон, от больничных ускорителей для лечения рака до бустерных колец Большого адронного коллайдера, происходит от озарения Макмиллана о фазовой стабильности, а открытие нептуния остается открывающей главой трансурановой химии, которая сегодня определяет ядерную науку. Его племянник, физик Джон Клаузер (John Clauser), позже получит свою собственную Нобелевскую премию по физике в 2022 году, продлевая семейную нить экспериментальной строгости через поколения.