Луис Уольер Альварес (1911 -1988 гг.) был американским физиком-экспериментатором. Его научные интересы были довольно широкими. Он занимался:
- атомной и ядерной физикой,
- физикой элементарных частиц и космических лучей,
- проводил работы по радиолокации и оптике,
- ускорителями частиц,
- был участником Манхзттенского проекта (проект по разработке ядерной бомбы).
Основные достижения ученого
В 1937 голу Л. Альварес экспериментально показал существование K – захвата, как нового вида радиоактивного превращения.
В 1939 г. он открыл ${}^3{He\ }$ применив циклотрон в роли высокочастотного масс – спектрометра.
В 1940 году Л. Альварес и Ф. Блох смогли измерить магнитный момент свободного нейтрона.
В 1940 г. он первым проводил ускорение ионов углерода и предложил использовать селектор скоростей.
В 1946 г. он сконструировал первый протонный линейный ускоритель, использующий трубки дрейфа.
Альварес усовершенствовал пузырьковую камеру и применил ее для наблюдения за элементарными частицами. Разработал методику работы с этой камерой для проведения количественных исследований. Альварес предложил использовать в пузырьковой камере водород вместо перегретой жидкости. Анализируя большое количество фотографий, Альварес первым использовал компьютерную программу, существенно повысившую скорость обработки результатов экспериментов.
В середине пятидесятых годов в коллективе авторов ученый открыл новую элементарную частицу: сигма – нуль-гиперон.
Альварес эмпирически доказал, что $\tau{}-$ и $\theta{}-$- мезоны обладают примерно равными массами и временами жизни и открыл мюонный катализ и $\omega{}$ – мезон.
Под руководством Альвареса были открыты нестабильные частицы с коротким сроком жизни, названные резонансами. (1960 г). За открытие резонансов и исследование их свойств, Альварес в 1968 году был удостоен Нобелевской премии.
Альварес провел цепную реакцию без использования урана.
Л. Альварес предложил применить метод зондирования (используя космические лучи) для выявления потайных помещений в пирамидах Гизы и придумал новую систему цветного телевидения.
Ученый выдвинул предположение о том, что причиной гибели динозавров стало столкновение с Землей астероида. Результатом столкновения были облака пыли, которые закрыли доступ солнечным лучам и вся растительность и животные погибли. Данная идея нашла свое подкрепление позже, когда были найдены частицы сажи, имеющие возраст 65 млн. лет, появившиеся в результате глобального пожара.
Электронный захват
Возможность электронного захвата ядром была предсказана японскими физиками Х. Юкавой и С. Сакатой в 1936 году. Данный процесс был назван E- захватом или, так как чаще всего электрон подвергается захвату из самой близкой к ядру K – оболочки, этот захват называют еще K – захватом.
При определенных условиях электроны могут быть захвачены ядром и из более далеких оболочек.
При К – захвате из ядра не вылетает ничего кроме нейтрино, что делает возможность обнаружения данного эффекта крайне затруднительным.
Однако в 1938 (по другим источникам в 1937 г) Л. Альварес смог эмпирически обнаружить этот захват. Дело состоит в том, что после захвата электрона ядром на месте электрона возникает «дырка», которую имеют возможность заполнять электроны, находящиеся на других оболочках атома. Такие переходы электронов сопровождаются испусканием γ – квантов характеристического рентгеновского излучения (иное название этих квантов Оже - электроны). Именно Оже электроны и позволяют провести детекцию K- захвата. Заметим, что К – захват можно определить как процесс обратный $\beta{}$ – распаду. При К-захвате электрон не вырывается из ядра, а попадает в него. При этом превращения нуклонов внутри ядра в этих процессах схожи:
- при $\beta{}^-$ распаде происходит реакция: $n\rightarrow{}p+e^-\hat{\nu{}};$
- при $ \beta{}^+-$ распаде идет реакция: $p\rightarrow{}n+e^++\nu{}$;
- при K – захвате $e^-+p\rightarrow{}n+\nu{}.$
Из чего следует, что К-захват можно рассматривать как третью разновидность $\beta{}$ распада.
Открытие К- захвата помогло несколько лет спустя Аллену получить убедительные доказательства существования нейтрино.
Ускоритель Альвареса
Линейными ускорителями называют ускорители частиц, в которых они движутся практически по прямым линиям.
Линейный ускоритель Альвареса – это длинная вакуумная трубка (резонатор в виде цилиндра). В этой трубке расположены несколько дрейфовых трубок. Частицы ускоряются в поле электромагнитных волн высокой частоты. Перемещение частиц происходит вдоль оси резонатора. Для того чтобы обеспечивать процесс непрерывного увеличения скорости частиц, состоящий из них пучок подвергается экранированию дрейфовыми трубками. В момент прохождения частицами ускоряющего зазора поле направлено в «положительную» сторону. За время перемещения частицы в дрейфовой трубке электрическое поле изменяет свое направление на противоположное.
Ускорители Альвареса применяют при больших энергиях частиц (больших скоростях и малых длинах).
Резонансы
Сильное взаимодействие $\pi{}$ – мезона и нуклона, находящегося в состоянии с полным изотопическим спином $\frac{3}{2}$ и моментом $\frac{3}{2}$ ведет к тому, что у нуклона возникает состояние возбуждения. Данное состояние на время порядка ${10}^{-23}$ с совершает распад на нуклон и $\pi{}$ – мезон. Поскольку это состояние имеет определенные квантовые числа, как и другие элементарные частицы, то его тоже назвали частицей. Для того чтобы сделать акцент на очень малом времени жизни этой частицы ее назвали резонансом.
Резонансы обнаруживают по характерному поведению сечений рассеяния частиц и свойствам продуктов их распада. Большое число известных на сегодняшний день частиц относят к резонансам.
Практически все резонансы были открыты Л. Альваресом и его коллегами, которые применяли пузырьковую камеру и его методики.
В 1968 году Л. Альварес был удостоен Нобелевской премии по физике за исключительный вклад в изучение элементарных частиц, создание методик поиска резонансов с использованием пузырьковой камеры и оригинальный способ анализа данных.
