Jack Steinberger (nacido Hans Jakob Steinberger ; 25 de mayo de 1921-12 de diciembre de 2020) fue un físico estadounidense nacido en Alemania conocido por su trabajo con neutrinos , las partículas subatómicas consideradas constituyentes elementales de la materia. Recibió el Premio Nobel de Física en 1988 , junto con Leon M. Lederman y Melvin Schwartz , por el descubrimiento del neutrino muón . A lo largo de su carrera como físico de partículas experimental, ocupó cargos en la Universidad de California, Berkeley , la Universidad de Columbia (1950–68) y el CERN.(1968-1986). También recibió la Medalla Nacional de Ciencias de los Estados Unidos en 1988 y la Medalla Matteucci de la Academia Italiana de Ciencias en 1990.
Jack Steinberger | |
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Nació | Hans Jakob Steinberger 25 de mayo de 1921 Bad Kissingen , Alemania |
Fallecido | 12 de diciembre de 2020 (99 años) Ginebra , Suiza |
Nacionalidad | Estados Unidos [1] |
Conocido por | Descubrimiento del neutrino muón |
Esposos) | Cynthia Alff; Joan Beauregard (1920-2009) |
Niños | 4, incluidos Joseph, Ned , Julia y John |
Premios | Premio Nobel de Física (1988) Medalla Nacional de Ciencias (1988) Medalla Matteucci (1990) |
Carrera científica | |
Campos | Partículas fisicas |
Instituciones | Universidad de California, Berkeley Universidad de Columbia CERN |
Tesis | Sobre el rango de los electrones en la desintegración del mesón. (1949) |
Asesores académicos | Edward Teller Enrico Fermi |
Estudiantes notables | Melvin Schwartz [2] Eric L. Schwartz [3] Theodore Modis [4] David R. Nygren [5] |
Temprana edad y educación
Steinberger nació en la ciudad de Bad Kissingen en Baviera , Alemania , el 25 de mayo de 1921. [6] El ascenso del nazismo en Alemania, con su abierto antisemitismo , impulsó a sus padres, Ludwig Lazarus ( cantor y maestro religioso) y Berta May Steinberger, [7] [8] para enviarlo fuera del país. [6]
Steinberger emigró a Estados Unidos a los 13 años, realizando el viaje transatlántico con su hermano Herbert. Las organizaciones benéficas judías en los Estados Unidos hicieron arreglos para que Barnett Farroll lo cuidara como un niño adoptivo. Steinberger asistió a la escuela secundaria New Trier Township High School , en Winnetka, Illinois . [9] Se reunió con sus padres y su hermano menor en 1938. [7]
Steinberger estudió ingeniería química en el Instituto de Tecnología Armor (ahora Instituto de Tecnología de Illinois ), pero se fue después de que terminó su beca para ayudar a complementar los ingresos de su familia. [6] Obtuvo una licenciatura en Química de la Universidad de Chicago , en 1942. [6] Poco después, se unió al Cuerpo de Señales en el MIT . [10] Con la ayuda del GI Bill , regresó a sus estudios de posgrado en la Universidad de Chicago en 1946, donde estudió con Edward Teller y Enrico Fermi . [6] [7] Su Ph.D. la tesis se refería al espectro energético de los electrones emitidos en la desintegración de muones ; Sus resultados mostraron que se trataba de una desintegración de tres cuerpos, e implicaba la participación de dos partículas neutras en la desintegración (posteriormente identificada como el electrón () y muon () neutrinos) en lugar de uno. [11]
Carrera profesional
Investigaciones tempranas
Después de recibir su doctorado, Steinberger asistió al Instituto de Estudios Avanzados en Princeton durante un año. En 1949 publicó un cálculo de la vida útil del pión neutro , [12] que anticipó el estudio de anomalías en la teoría cuántica de campos. [13]
Después de Princeton, en 1949, Steinberger fue al Laboratorio de Radiación de la Universidad de California en Berkeley , donde realizó un experimento que demostró la producción de piones neutros y su desintegración en pares de fotones. Este experimento utilizó el sincrotrón de 330 MeV y los contadores de centelleo recién inventados. [14] A pesar de este y otros logros, se le pidió que dejara el Laboratorio de Radiación en Berkeley en 1950, debido a su negativa a firmar el llamado Juramento no Comunista. [15] [7]
Steinberger aceptó un puesto de profesor en la Universidad de Columbia en 1950. El rayo de mesón recién encargado en Nevis Labs proporcionó la herramienta para varios experimentos importantes. Las mediciones de la sección transversal de producción de piones en varios objetivos nucleares mostraron que el pión tiene una paridad impar. [16] Una medición directa de la producción de piones en un objetivo de hidrógeno líquido , entonces no una herramienta común, proporcionó los datos necesarios para demostrar que el pión tiene giro cero. El mismo objetivo se utilizó para observar la desintegración relativamente rara de piones neutros en un fotón, un electrón y un positrón . Un experimento relacionado midió la diferencia de masa entre los piones cargados y neutros basándose en la correlación angular entre los piones neutros producidos cuando el pión negativo es capturado por el protón en el núcleo de hidrógeno. [17] Otros experimentos importantes estudiaron la correlación angular entre pares electrón-positrón en las desintegraciones de piones neutros y establecieron la rara desintegración de un pión cargado en un electrón y un neutrino; este último requirió el uso de una cámara de burbujas de hidrógeno líquido . [18]
Investigaciones de partículas extrañas
Durante 1954-1955, Steinberger contribuyó al desarrollo de la cámara de burbujas con la construcción de un dispositivo de 15 cm para usar con el Cosmotron en el Laboratorio Nacional de Brookhaven . El experimento utilizó un rayo de piones para producir pares de hadrones con quarks extraños para dilucidar las desconcertantes propiedades de producción y desintegración de estas partículas. [19] En 1956, utilizó una cámara de 30 cm equipada con tres cámaras para descubrir el hiperon de Sigma neutral y medir su masa. [20] Esta observación fue importante para confirmar la existencia de la simetría de sabor SU (3) que hipotetiza la existencia del quark extraño. [21]
Una característica importante de la interacción débil es su violación de la simetría de paridad . Esta característica se estableció mediante la medición de los giros y paridades de muchos hiperones . Steinberger y sus colaboradores contribuyeron con varias mediciones de este tipo utilizando grandes cámaras de burbujas de hidrógeno líquido (75 cm) y haces de hadrones separados en Brookhaven. [22] Un ejemplo es la medición de la distribución de masa invariante de pares electrón-positrón producidos en la decadencia de hiperones Sigma-cero a hiperones Lambda-cero . [23]
Neutrinos y la corriente neutra débil
En la década de 1960, el énfasis en el estudio de la interacción débil pasó de las partículas extrañas a los neutrinos. Leon Lederman, Steinberger y Schwartz construyeron grandes cámaras de chispas en Nevis Labs y las expusieron en 1961 a neutrinos producidos en asociación con muones en las desintegraciones de piones y kaones cargados. Utilizaron el Sincrotrón de gradiente alterno (AGS) en Brookhaven y obtuvieron una serie de eventos convincentes en los que se produjeron muones, pero no electrones. [24] Este resultado, por el que recibieron el Premio Nobel en 1988, demostró la existencia de un tipo de neutrino asociado con el muón, distinto del neutrino producido en la desintegración beta. [25]
Estudio de la infracción de CP
La violación de CP ( conjugación de carga y paridad ) se estableció en el sistema de kaon neutro en 1964. Steinberger reconoció que el parámetro fenomenológico épsilon ( ε ) que cuantifica el grado de violación de CP podría medirse en fenómenos de interferencia (Ver violación de CP). En colaboración con Carlo Rubbia , realizó un experimento durante un año sabático en el CERN durante 1965 que demostró de manera contundente el efecto de interferencia esperado, y también midió con precisión la diferencia en la masa de las masas de kaones neutrales de vida corta y de vida larga. [26] [27] [se necesita una fuente de terceros ]
De vuelta en los Estados Unidos, Steinberger realizó un experimento en Brookhaven para observar la violación de CP en las desintegraciones semileptónicas de los kaones neutrales. La asimetría de carga se relaciona directamente con el parámetro épsilon, que por lo tanto se midió con precisión. [28] Este experimento también permitió la deducción de la fase de épsilon y confirmó que CPT es una buena simetría de la naturaleza. [29]
CERN
En 1968, Steinberger dejó la Universidad de Columbia y aceptó un puesto como director de departamento en el CERN . [30] Allí construyó un experimento utilizando cámaras proporcionales de múltiples cables ( MWPC ), recientemente inventado por Georges Charpak . [31] Los MWPC, aumentados por amplificadores microelectrónicos, permitieron registrar muestras de eventos mucho más grandes. Se obtuvieron y publicaron varios resultados para los kaones neutros a principios de la década de 1970, incluida la observación de la rara desintegración del kaón neutro en un par de muones, la dependencia del tiempo de la asimetría para las desintegraciones semileptónicas y una medición más precisa de la diferencia de masa de kaon neutro. Se abrió una nueva era en la técnica experimental. [32]
Estas nuevas técnicas resultaron cruciales para la primera demostración de violación directa del CP . El experimento NA31 en el CERN se construyó a principios de la década de 1980 utilizando el sincrotrón de protones CERN SPS 400 GeV . Además de bancos de MWPC y un calorímetro de hadrones, contaba con un calorímetro electromagnético de argón líquido con una resolución espacial y energética excepcional. NA31 demostró que la violación directa de CP es real. [33]
Steinberger trabajó en el experimento ALEPH en el Gran Colisionador de Electrones y Positrones (LEP), donde se desempeñó como portavoz del experimento. [34] Entre los logros iniciales del experimento ALEPH fue la medición precisa del número de familias de leptones y quarks en el modelo estándar a través de la medición de las desintegraciones del Higgs Z . [35]
Se retiró del CERN en 1986 y se convirtió en profesor en la Scuola Normale Superiore di Pisa en Italia. [7] Continuó su asociación con el laboratorio del CERN a través de sus visitas hasta los noventa. [36] [6]
premio Nobel
Steinberger fue galardonado con el Premio Nobel de Física en 1988, "por el método del haz de neutrinos y la demostración de la estructura del doblete de los leptones a través del descubrimiento del neutrino muónico". [37] Compartió el premio con Leon M. Lederman y Melvin Schwartz ; en el momento de la investigación, los tres experimentadores estaban en la Universidad de Columbia . [38]
El experimento utilizó haces de piones cargados generados con el Sincrotrón de gradiente alterno en el Laboratorio Nacional de Brookhaven . Los piones se descompusieron en muones que se detectaron frente a una pared de acero; los neutrinos se detectaron en cámaras de chispas instaladas detrás de la pared. La coincidencia de muones y neutrinos demostró que se creó un segundo tipo de neutrino en asociación con los muones. Experimentos posteriores demostraron que este neutrino es distinto del primer tipo (tipo electrónico). Steinberger, Lederman y Schwartz publicaron su trabajo en Physical Review Letters en 1962. [24]
Dio su medalla Nobel a New Trier High School en Winnetka, Illinois (EE. UU.), De la que fue alumno. [39]
También fue galardonado con la Medalla Nacional de Ciencias en 1988, por el entonces presidente de Estados Unidos, Ronald Reagan [6] y recibió la Medalla Matteucci en 1990, de la Academia Italiana de Ciencias . [40]
Publicaciones Seleccionadas
- Steinberger, J. y AS Bishop. "La detección de fotomesones producidos artificialmente con contadores" , Laboratorio de Radiación, Universidad de California-Berkeley, Departamento de Energía de los Estados Unidos (a través de la agencia predecesora, la Comisión de Energía Atómica ), (8 de marzo de 1950).
- Steinberger, J., WKH Panofsky y J. Steller. "Evidencia para la producción de mesones neutrales por fotones" , Laboratorio de Radiación, Universidad de California-Berkeley, Departamento de Energía de los Estados Unidos (a través de la agencia predecesora, la Comisión de Energía Atómica ), (abril de 1950).
- Panofsky, WKH, J. Steinberger y J. Steller. "Más Resultados sobre la Producción de Mesones Neutrales por Fotones" , Laboratorio de Radiación, Universidad de California-Berkeley, Departamento de Energía de los Estados Unidos (a través de la agencia predecesora, la Comisión de Energía Atómica ), (1 de octubre de 1950).
- Steinberger, J. "Experimental Survey of Strange Particle Decays" , Universidad de Columbia, Laboratorios Nevis, Departamento de Energía de los Estados Unidos (a través de la agencia predecesora, la Comisión de Energía Atómica ), (junio de 1964).
- Steinberger, J. (2005). Aprendiendo sobre partículas: 50 años privilegiados . Berlín: Springer. ISBN 3-540-21329-5. OCLC 56654442 .
Vida personal
El primer matrimonio de Steinberger con Joan Beauregard terminó en divorcio, tras lo cual se casó con su ex alumna y bióloga, Cynthia Alff. [41] [7] Tuvo cuatro hijos, dos de cada uno de sus matrimonios. [41] Su hijo Ned Steinberger es el fundador de la empresa homónima de guitarras y bajos sin cabeza, y su hija Julia Steinberger es economista ecológica en la Universidad de Lausana . [42] Como ateo y humanista , Steinberger fue un Humanista Laureado en la Academia Internacional de Humanismo . [43] [44] En sus propias palabras, se nota que disfrutó del tenis, el montañismo y la navegación. [7]
En la década de 1980, Steinberger reanudó sus relaciones con su ciudad natal Bad Kissingen. Desde entonces, visitó a menudo Bad Kissingen. La escuela a la que había asistido allí se llamó Jack-Steinberger-Gymnasium en 2001. En 2006 Steinberger fue nombrado ciudadano honorario de Bad Kissingen. "Me siento bienvenido en Bad Kissingen. Esta es mi ciudad natal y me crié allí. Ahora me siento alemán de nuevo", dijo a la emisora bávara Bayerischer Rundfunk en 2013. [45]
Murió el 12 de diciembre de 2020 en su casa de Ginebra . Tenía 99 años [15].
Ver también
- Lista de premios Nobel judíos
Referencias
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Jack Steinberger: "Ahora soy un poco antijudío desde mi última visita a la sinagoga, pero mi ateísmo no necesariamente rechaza la religión".
- ^ Bad Kissingen trauert um Nobelpreisträger Jack Steinberger , Bayerischer Rundfunk , 16 de diciembre de 2020 (en alemán)
enlaces externos
- Medios relacionados con Jack Steinberger en Wikimedia Commons
- Jack Steinberger en Nobelprize.orgincluyendo la Conferencia Nobel, 8 de diciembre de 1988 Experimentos con haces de neutrinos de alta energía
- Jack Steinberger en el CERN
- Jack Steinberger sobre INSPIRE-HEP
- Jack Steinberger en el libro conmemorativo biográfico de los judíos de Bad Kissingen