Arthur Compton

Format:Infocaseta Om de știință Format:Medalie premiu Nobel Arthur Holly Compton (Format:Date biografice) a fost un fizician american, laureat al Premiului Nobel pentru Fizică (1927) pentru descoperirea efectului care îi poartă numele, și care demonstrează natura de particulă a radiației electromagnetice. La vremea aceea, a fost o descoperire senzațională: natura de undă a luminii fusese bine demonstrată, dar ideea că lumina poate avea și proprietăți de undă, și proprietăți de particulă nu era ușor de acceptat. El este cunoscut și drept conducător al Laboratorului Metalurgic al Proiectului Manhattan, și a ocupat postul de cancelar al Format:Ill-wd între 1945 și 1953.

În 1919, Compton a primit unul din primele fellowshipuri ale Format:Ill-wd, prin care studenții puteau studia în străinătate. El a ales să meargă la Format:Ill-wd al Universității Cambridge din Anglia, unde a studiat Format:Ill-wd și Format:Ill-wd radiațiilor gamma. Alte cercetări în aceste direcții au dus la descoperirea efectului Compton. El a utilizat radiațiile X pentru a investiga feromagnetismul, concluzionând că acesta este rezultatul alinierii Format:Ill-wd, și a studiat radiațiile cosmice, descoperind că ele sunt alcătuite în principal din particule încărcate pozitiv.

În timpul celui de al Doilea Război Mondial, Compton a fost o figură importantă a Proiectului Manhattan, care a dezvoltat primele arme nucleare. Rapoartele sale au avut mare importanță la lansarea proiectului. În 1942, a devenit șef al Laboratorului Metalurgic, responsabil de producerea reactorilor nucleari care să transforme uraniul în plutoniu, găsind modalități de a separa plutoniul de uraniu și de a proiecta o bombă atomică. Compton a supervizat crearea de către Enrico Fermi a lui Format:Ill-wd, primul reactor nuclear, care a intrat în funcțiune la 2 decembrie 1942. Laboratorul Metalurgic a fost responsabil și cu proiectarea și operarea Format:Ill-wd de la Format:Ill-wd. Producția de plutoniu în reactorii din Format:Ill-wd a început în 1945.

După război, Compton a devenit cancelar al Universității Washington din St. Louis. În timpul când a deținut această funcție, universitatea a desegregat diviziile de studii de licență, a numit prima femeie-profesor universitar titular, și a înscris un număr-record de studenți după întoarcerea veteranilor de război în Statele Unite.

Tinerețea

Arthur Compton și Werner Heisenberg în 1929 la Chicago

Arthur Compton s-a născut la 10 septembrie 1892, în Format:Ill-wd, în familia lui Elias și Otelia Catherine (născută Augspurger) Compton,Format:Sfn care a fost numită Mama Americană a Anului în 1939. Familia era una de universitari. Elias era rector al Universității Wooster (ulterior Format:Ill-wd), unde a învățat și Arthur. Fratele cel mai mare al lui Arthur, Format:Ill-wd, care și el a studiat la Wooster, și-a luat doctoratul în fizică la Universitatea Princeton în 1912, și a fost președinte la MIT între 1930 și 1948. Al doilea său frate, Format:Ill-wd, a studiat și el la Wooster, și și-a luat doctoratul în economie la Princeton în 1916 și a fost președinte al Colegiului Statului Washington, devenit ulterior Format:Ill-wd din 1944 până în 1951.Format:Sfn Toi cei trei frați au fost membri ai frăției Format:Ill-wd.

Compton a fost la început interesat de astronomie, și a făcut o fotografie cu cometa Halley în 1910.Format:Sfn Pe la 1913, a descris un experiment în care analiza mișcării apei într-un tub circular demonstrează rotația Pământului. În acel an, a absolvit Format:Ill-wd de la Wooster și a intrat la Princeton, unde a primit Format:Ill-wd în 1914. Compton a studiat apoi pentru doctoratul în fizică sub supravegherea lui Hereward L. Cooke, scriindu-și disertația despre „intensitatea reflexiei razelor X, și distribuția electronilor în atomi”.

Când Arthur Compton și-a luat doctoratul în 1916, el, Karl și Wilson au devenit primul grup de trei frați care și-au luat doctorate la Princeton. Ulterior, ei aveau să devină primul astfel de trio care conducea simultan trei colegii americane.Format:Sfn Sora lor, Mary, s-a căsătorit cu un misionar, C. Herbert Rice, care a devenit principal al Format:Ill-wd din Lahore.Format:Sfn În June 1916, Compton s-a căsătorit cu Betty Charity McCloskey, o colegă de clasă și de promoție de la Wooster.Format:Sfn Ei au avut doi fii, Arthur Alan și John Joseph Compton.Format:Sfn

Compton a petrecut un an ca instructor de fizică la Universitatea Minnesotei în 1916–17,Format:Sfn apoi doi ani ca inginer cercetător la Format:Ill-wd din Pittsburgh, unde a lucrat la dezvoltarea Format:Ill-wd. În timpul Primului Război Mondial a dezvoltat instrumente de avioane pentru Format:Ill-wd.Format:Sfn

În 1919, Compton a primit una din primele două fellowshipuri ale Format:Ill-wd, care permitea studenților să învețe în străinătate. A ales să meargă la Format:Ill-wd al Universității Cambridge din Anglia. Lucrând împreună cu George Paget Thomson, fiul lui J. J. Thomson, Compton a studiat Format:Ill-wd și Format:Ill-wd radiațiilor gamma. El a observat că razele împrăștiate erau mai ușor de absorbit decât raza inițială.Format:SfnFormat:Sfn Compton a fost foarte impresionat de oamenii de știință de la Cavendish, mai ales de Ernest Rutherford, Format:Ill-wd și Arthur Eddington, și în cele din urmă i-a dat celui de al doilea său fiu numele lui J. J. Thomson.Format:Sfn

După o vreme, Compton a devenit diacon al unei biserici baptiste. „Știința nu are de ce să aibă vreo gâlceavă”, spunea el, „cu o religie care postulează un Dumnezeu căruia oamenii îi sunt copii.”

Profesor de fizică

Compton pe coperta revistei Time din 13 ianuarie 1936, ținând în mână detectorul său de radiații cosmice

Efectul Compton

Întors în Statele Unite, Compton a fost numit profesor de fizică Wayman Crow și șef al catedrei de fizică la Format:Ill-wd în 1920. În 1922, a observat cum cuantele de radiații X împrăștiate de electroni liberi au lungimi de undă mai mari și, conform relației lui Planck, energie mai mică decât radiațiile X inițiale, surplusul de energie fiind transferat electronilor. Această descoperire, denumită „efectul Compton” sau „împrăștierea Compton”, demonstra natura de particulă a radiației electromagnetice.Format:Sfn

În 1923, Compton a publicat un articol în Physical Review în care explica deplasarea radiației X atribuind fotonilor impuls similar particulelor, ceva ce Einstein sugerase în explicația dată de el în 1905, și pentru care a primit Premiul Nobel, a efectului fotoelectric. Postulați inițial de Max Planck în 1900, fotonii erau conceptualizați ca elemente de lumină „cuantizate”, conținând o anume cantitate de energie care depinde doar de frecvența luminii.Format:Sfn În articolul său, Compton a calculat relația matematică între deplasarea lungimii de undă și unghiul de împrăștiere a radiațiilor X presupunând că fiecare foton de radiație X împrăștiat interacționează cu un singur electron. Articolul său se încheia cu o prezentare a experimentelor care au confirmat relația calculată de el:

${\lambda }^{\prime }-\lambda =\frac{h}{m_{e}c}(1-\cos \theta ),$

unde

$\lambda$ este lungimea de undă inițială,

${\lambda }^{\prime }$ este lungimea de undă după împrăștiere,

$h$ este constanta Planck,

$m_e$ este Format:Ill-wd,

$c$ este viteza luminii, și

$\theta$ este unghiul de împrăștiere.

Cantitatea Format:Frac este cunoscută sub numele de Format:Ill-wd a electronului; ea este egală cu Format:Val. Diferența de lungime de undă Format:Nowrap este undeva între zero (pentru Format:Nowrap) și dublul lungimii de undă Compton a electronului (pentru Format:Nowrap). El a constatat că unele radiații X nu suferă nicio modificare a lungimii de undă deși sunt împrăștiate la unghiuri mari; în toate aceste cazuri, fotonul nu a reușit să deplaseze niciun electron. Astfel, magnitudinea deplasării nu este legată de lungimea de undă Compton a electronului, ci de lungimea de undă Compton a întregului atom, care poate fi de peste 10.000 de ori mai mică.

„Când mi-am prezentat rezultatele la o întâlnire a Societății Americane de Fizică în 1923,” își amintea ulterior Compton, „a declanșat cea mai aprinsă controversă pe care am cunoscut-o vreodată.”Format:Sfn Natura ondulatorie a luminii fusese bine demonstrată, iar ideea că ea ar putea avea o natură duală nu era ușor de acceptat. Grăitor pentru aceasta este faptul că difracția într-o structură cristalină putea fi explicată doar cu referire la natura ondulatorie a luminii. Compton a primit pentru acest rezultat Premiul Nobel pentru Fizică în 1927. Compton și Alfred W. Simon au dezvoltat metoda de observare simultană a fotonilor de radiații X împrăștiate și a electronilor de recul. În Germania, Walther Bothe și Hans Geiger au dezvoltat independent o metodă similară.Format:Sfn

Radiațiile X

Compton la Universitatead in Chicago în 1933 cu studentul postuniversitar Luis Alvarez lângă telescopul său de radiații cosmice

În 1923, Compton a trecut la Universitatea din Chicago ca profesor de fizică, post pe care avea să-l ocupe următorii 22 de ani.Format:Sfn În 1925, el a demonstrat că radiațiile X împrăștiate la 130.000 de volți ale primelor șaisprezece elemente din tabelul periodic (de la hidrogen la sulf) sunt polarizate, rezultat prezis de J. J. Thomson. Format:Ill-wd de la Universitatea Harvard a promovat o tentativă de a demonstra că interpretarea lui Compton a efectului ce-i poartă numele este greșită. Duane a efectuat o serie de experimente pentru a-l contrazice pe Compton, dar a găsit în schimb dovezi că Compton are dreptate. În 1924, Duane a recunoscut că așa este.Format:Sfn

Compton a cercetat efectul radiațiilor X asupra nucleelor de sodiu și clor din sare. El a utilizat radiații X pentru a cerceta feromagnetismul, concluzionând că el este rezultatul alinierii Format:Ill-wd.Format:Sfn În 1926, a devenit consultant pentru Departamentul de Lămpi de la General Electric. În 1934, s-a întors în Anglia ca profesor vizitator Eastman la Universitatea Oxford. Acolo, General Electric i-a cerut rapoarte despre activitățile din laboratorul de cercetări al Format:Ill-wd de la Wembley. Compton era fascinat de posibilitățile de cercetare ale laboratorului pe tema lămpilor fluorescente. Raportul lui a dus la inițierea unui program de cercetare în America, care le-a dezvoltat.Format:Sfn

Prima carte a lui Compton, X-Rays and Electrons, a fost publicată în 1926. În ea, el arăta cum se calculează densitățile materialelor difractante după șabloanele de difracție a radiațiilor X.Format:Sfn El și-a revizuit cartea cu ajutorul lui Format:Ill-wd producând X-Rays in Theory and Experiment (1935). Această operă a rămas una de referință pentru următoarele trei decenii.Format:Sfn

Radiații cosmice

Pe la începutul anilor 1930, Compton devenise interesat de radiațiile cosmice. La acea dată, existența lor era cunoscută, dar natura și originea lor rămâneau subiect de speculații. Prezența lor putea fi detectată cu o „bombă” sferică conținând aer comprimat sau argon și măsurându-i conductivitatea electrică. Călătoriile în Europa, India, Mexic, Peru și Australia i-au dat lui Compton ocazia să măsoare radiații cosmice la diferite altitudini și latitudini. Împreună cu alte grupuri care au făcut observații pe tot globul, ei au găsit că radiațiile cosmice sunt cu 15 la sută mai intense la poli decât la ecuator. Compton a pus aceasta pe seama faptului că radiațiile cosmice sunt formate în principal din particule încărcate electric, și nu din fotoni, cum sugera Robert Millikan, efectul latitudinii fiind cauzat de Format:Ill-wd.Format:Sfn

Proiectul Manhattan

Insigna lui Arthur Compton de la Hanford Site. Din rațiuni de securitate, se folosea un nume fals.

În aprilie 1941, Vannevar Bush, șeful Format:Ill-wd (NDRC) din timpul războiului, a înființat o comisie specială condusă de Compton care să raporteze despre programul de uraniu al NDRC. Raportul lui Compton, transmis în mai 1941, anticipa perspectiva dezvoltării de Format:Ill-wd, a propulsiei nucleare pentru ambarcațiuni, și armele nucleare pe bază de Format:Ill-wd sau pe bază de plutoniu, element recent descoperit.Format:Sfn În octombrie, el a scris un alt raport despre fezabilitatea unei bombe atomice. Pentru acest raport, el a colaborat cu Enrico Fermi la calculul masei critice a uraniului-235, estimând rezervat că ar fi între Format:Dim și Format:Dim. El a discutat și perspectiva îmbogățirii uraniului împreună cu Harold Urey, a vorbit cu Eugene Wigner despre cum ar putea fi produs plutoniul într-un reactor nuclear, și cu Format:Ill-wd despre cum plutoniul produs într-un reactor ar putea fi separat de uraniu. Raportul său, transmis în noiembrie, afirma că o bombă este realizabilă, deși era mai rezervat în privința puterii sale de distrugere decât era Format:Ill-wd și colegii săi britanici.Format:Sfn

Forma finală a raportului lui Compton din noiembrie nu menționa nicăieri folosirea plutoniului, dar, după ce a discutat despre ultimele cercetări cu Ernest Lawrence, Compton s-a convins că și bomba cu plutoniu este realizabilă. În decembrie, Compton a fost pus în fruntea proiectului cu plutoniu.Format:Sfn El spera să obțină o reacție în lanț controlată până în ianuarie 1943, și să poată produce o bombă până în ianuarie 1945. Pentru a aborda problema, a pus diferite grupuri de cercetare să lucreze la plutoniu și la proiectul reactorului nuclear la Universitatea Columbia, Universitatea Princeton și Universitatea Californiei din Berkeley au fost concentrate împreună sub titulatura de „Laboratorul Metalurgic din Chicago. Obiectivele acestuia erau de a produce reactori care să convertească uraniul în plutoniu, să găsească modalități de separare chimică a plutoniului de uraniu, și de a proiecta și construi o bombă atomică.Format:Sfn

În iunie 1942, Format:Ill-wd a preluat controlul asupra programului de arme nucleare și Laboratorul Metalurgic al lui Compton a devenit o parte a Proiectului Manhattan.Format:Sfn În acea lună, Compton i-a dat lui Robert Oppenheimer responsibilitatea proiectării bombei.Format:Sfn Lui Compton i-a rămas să decidă care din tipurile diferite de design de reactor puse la punct de oamenii de știință din Laboratorul Metalurgic va fi pus în aplicare, deși încă nu fusese construit niciun reactor funcțional.Format:Sfn

Când disputele sindicale au amânat construirea noului sediu al Laboratorului Metalurgic din Format:Ill-wd, Compton a hotărât să construiască Format:Ill-wd, primul reactor nuclear, sub tribunele stadionului Format:Ill-wd.Format:Sfn Sub îndrumarea lui Fermi, acesta a fost pus în funcțiune la 2 decembrie 1942.Format:Sfn Compton a aranjat ca Format:Ill-wd să se ocupe de purificarea minereului de uraniu,Format:Sfn și ca DuPont să construiască semifabrica de plutoniu de la Format:Ill-wd.Format:Sfn

În iulie 1943 a izbucnit o criză majoră pentru programul de plutoniu, când grupul lui Emilio Segrè a confirmat că plutoniul realizat în Format:Ill-wd de la Oak Ridge conține niveluri ridicate de Format:Ill-wd. Fisiunea spontană a acestuia excludea utilizarea plutoniului într-o Format:Ill-wd. Format:Ill-wd al lui Oppenheimer a înlăturat obstacolul proiectând și construind Format:Ill-wd.Format:Sfn

Casa lui Compton din Chicago, astăzi monument istoric

Compton s-a dus la Format:Ill-wd în septembrie 1944 pentru a vedea punerea în funcțiune a primului reactor. Primul lot de proiectile de uraniu a fost introdus în Reactorul B de la Hanford în noiembrie 1944, și livrările de plutoniu către Los Alamos au început în februarie 1945. Format:Sfn Pe tot timpul războiului, Compton avea să rămână un administrator și consilier științific de prim rang. În 1945, împreună cu Lawrence, Oppenheimer și Fermi, a făcut parte din Comisia Științifică care a recomandat utilizarea militară a bombei atomice împotriva Japoniei. A primit Format:Ill-wd pentru serviciile aduse Proiectului Manhattan.Format:Sfn

Întoarcerea la Universitatea Washington

După încheierea războiului, Compton a demisionat din postul profesor de fizică cu serviciu distins Charles H. Swift de la Universitatea din Chicago și s-a întors la Universitatea Washington din St. Louis, unde în 1946 a devenit a noua persoană aleasă cancelar al universității.Format:Sfn În perioada când Compton a fost cancelar, universitatea și-a desegregat oficial diviziile de studii de licență în 1952, a numit prima femeie profesor universitar și a înscris numere-record de studenți, după ce veteranii de război s-au întors în Statele Unite. Reputația și relațiile lui în cercurile științifice naționale i-au permis să recruteze pentru universitate mulți cercetători de renume național. În ciuda realizărilor sale, Compton a fost criticat și de contemporani și ulterior și de istorici pentru că a avansat prea încet pe calea Format:Ill-wd depline, Universitatea Washington fiind ultima mare instituție de învățământ superior din St. Louis care și-a deschis porțile pentru afro-americani.

Compton s-a retras din funcția de cancelar în 1954, dar a rămas în corpul didactic pe postul de profesor de filosofie naturală cu serviciu distins până la pensionarea sa în 1961. La pensie, a scris Format:Lang, o relatare personală a rolului său în cadrul Proiectului Manhattan, publicată în 1956.Format:Sfn

Filosofia

Compton a fost unul dintre puținii oameni de știință și filosofi care a avansat un model al liberului arbitru pe două niveluri. Printre ceilalți, se numărau William James, Henri Poincaré, Karl Popper, Format:Ill-wd, și Daniel Dennett. În 1931, Compton promova ideea libertății umane bazate pe Format:Ill-wd, și a inventat noțiunea de amplificator de evenimente cuantice microscopice pentru a aduce Format:Ill-wd în lumea macroscopică. În acest mecanism întrucâtva bizar, el și-a imaginat batoane de dinamită atașate de amplificatorul său, anticipând paradoxul pisicii lui Schrödinger, care avea să fie publicat în 1935.

Ca reacție față de critica conform căreia ideile sale făceau din hazard cauza directă a acțiunilor oamenilor, Compton a clarificat natura pe două niveluri a ideii sale într-un articol publicat în Format:Lang în 1955. Mai întâi există o gamă de evenimente aleatoare posibile, apoi se adaugă un factor determinant prin actul alegerii.Format:SfnFormat:Quote

Moartea și posteritatea

Observatorul de Radiații Gamma Compton lansat pe orbita Pământului în 1991

Compton a murit la Berkeley, California, de hemoragie cerebrală la 15 martie 1962. A lăsat în urmă pe soția și pe fiii săi, și a fost înmormântat în Cimitirul Wooster din Wooster, Ohio.Format:Sfn Înainte de moarte, era Format:Lang la Universitatea Californiei din Berkeley pe timpul semestrului de primăvară din 1962.

Compton a primit multe premii de-a lungul vieții, între care Premiul Nobel pentru Fizică în 1927, Medalia de Aur Matteucci în 1933, Format:Ill-wd de la [[Royal Society|Format:Lang]] și Format:Ill-wd de la Format:Ill-wd în 1940.Format:Sfn Este comemorat în mai multe feluri. Format:Ill-wd de pe Lună este numit după Arthur Compton și după fratele său, Karl. Clădirea institutului de cercetări în fizică de la Universitatea Washington din St Louis este și ea numită în cinstea lui. Compton a inventat o versiune mai domoală, mai alungită și mai înclinată a limitatorului de viteză denumit „Format:Lang” („cocoașa Holly”) dintre care sunt montate multe pe drumurile din campusul Universității Washington. Căminele Universității din Chicago au dedicat memoriei sale Format:Ill-wd de la Chicago. Ea este acum înregistrată ca Format:Ill-wd. Compton are și o stea pe [[St. Louis Walk of Fame|Format:Lang]]. Observatorul de Radiații Gamma Compton al NASA a fost și el botezat în cinstea lui Compton. Efectul Compton joacă un rol central în instrumentele de detecție de radiații gamma de la bordul observatorului.

Lucrări scrise

• Format:Cite book
• Format:Cite book
• Format:Cite book
• Format:Cite book
• Format:Cite book
• Format:Cite book
• Format:Cite book
• Format:Cite book

Bibliografie

• Format:Cite journal
• Format:Cite book
• Format:Cite book
• Format:Cite book
• Format:Cite book

Legături externe

• Format:En icon AIP Center for History of Physics Format:Webarchive