M. Stanley Livingston

Milton Stanley Livingston
Född	( 1905-05-25 ) 25 maj 1905 Brodhead , Wisconsin
dog	25 augusti 1986 (1986-08-25) (81 år gammal) Santa Fe, New Mexico
Alma mater	Pomona College Dartmouth College University of California, Berkeley
Känd för	utveckling av cyklotronen och stark fokusering
Makar)	Lois Robinson, Margaret Hughes
Utmärkelser	Enrico Fermi Award (1986)
Vetenskaplig karriär
Fält	Fysik ( acceleratorfysik )
institutioner	UC Berkeley , Cornell University , MIT , Brookhaven National Laboratory
Avhandling	Produktionen av höghastighetsvätejoner utan användning av högspänningar ( 1931)
Doktorand rådgivare	Ernest Lawrence
Influenser	Hans Bethe , Philip M. Morse
Signatur

Milton Stanley Livingston (25 maj 1905 – 25 augusti 1986) var en amerikansk acceleratorfysiker , meduppfinnare av cyklotronen tillsammans med Ernest Lawrence och medupptäckare med Ernest Courant och Hartland Snyder av den starka fokuseringsprincipen , som möjliggjorde utveckling av moderna storskaliga partikelacceleratorer . Han byggde cyklotroner vid University of California , Cornell University och Massachusetts Institute of Technology . Under andra världskriget tjänstgjorde han i operationsforskningsgruppen vid Office of Naval Research .

Livingston var ordförande för Accelerator Project vid Brookhaven National Laboratory , chef för Cambridge Electron Accelerator, medlem av National Academy of Sciences , professor i fysik vid MIT och mottagare av Enrico Fermi Award från United States Department of Energi . Han var biträdande direktör för National Accelerator Laboratory från 1967 till 1970.

Tidigt liv

Milton Stanley Livingston föddes i Brodhead, Wisconsin , den 25 maj 1905, son till McWhorter Livingston, en religionsminister, och hans fru Sarah Jane. Sarah var medlem av Ten Eyck-familjen , en inflytelserik New York-familj vars holländska ursprung går tillbaka till 1640-talet. Han hade tre systrar. Familjen flyttade till Kalifornien när Livingston var fem år gammal, och han växte upp i Burbank , Pomona och San Dimas . Hans far blev gymnasielärare och rektor. Hans mamma dog när han var 12 år gammal, och hans far gifte om sig senare. Livingston förvärvade därmed fem halvbröder.

Efter att ha tagit examen från gymnasiet 1921 gick Livingston in i det närliggande Pomona College , med avsikt att ta huvudämne i kemi , men han ogillade det sätt som kemi undervisades där, och ordnade med professorn i fysik, Roland R. Tileston, att ta fysikkurser som väl. Han tog sin Bachelor of Arts (AB) 1926, med dubbel huvudämne i fysik och kemi. Tileston ordnade för honom att sedan komma in på Dartmouth College med en lärargemenskap. Han tilldelades sin Master of Arts (MA) 1928, studerade röntgendiffraktion, och stannade på ytterligare ett år som instruktör.

Cyklotroner

M. Stanley Livingston (L) och Ernest O. Lawrence bredvid en 27-tums cyklotron vid strålningslaboratoriet 1934.

Under det året ansökte Livingston till forskarskolor för undervisningsstipendier och accepterades av både Harvard University och University of California . Han accepterade det senare och återvände till Kalifornien. Han skrev sin doktorsavhandling om "The Production of High Velocity Hydrogen Ions without the Use of High Voltages", ett ämne som föreslagits av Ernest Lawrence , som hade lagt märke till att joner med massa $M$ och laddning $e$ som rör sig i ett enhetligt magnetfält $B$ cirkulerar med en konstant frekvens $\omega$ oberoende av energi:

${\omega }={eB \over Mc}$

I teorin, därför, om en partikel korsade en elektrod med en spänning VN gånger, skulle den få energi av NeV. Stanleys uppgift var att verifiera om detta skulle fungera. I januari 1931 lyckades Stanley göra just det, med en spänning på 1 kV för att accelerera vätejoner till 80 keV. På Lawrences uppmaning skrev Stanley snabbt upp sin avhandling och lämnade in den i april 1931 så att han skulle vara berättigad till ett instruktörskap året därpå. Hans muntliga prov visade sig svårare. Raymond Birge började ställa frågor om kärnfysik, och Livingston var tvungen att erkänna att han inte visste något om Ernest Rutherfords , James Chadwicks och Charles Drummond Ellis ' arbete och inte hade läst deras monografi från 1930 Radiations from Radioactive Substances . Icke desto mindre lyckades Lawrence övertala examinatorerna att tilldela Livingston sin doktorsexamen.

I vad som skulle bli ett återkommande mönster, så snart det fanns det första tecknet på framgång, började Lawrence planera en ny, större maskin, som blev känd som en cyklotron . Lawrence och Livingston ritade upp en design för en 27-tums (69 cm) cyklotron på 800 $ i början av 1932, med en magnet som vägde 2 ton. Lawrence hittade sedan en massiv 80-tons magnet som ursprungligen hade byggts för att driva en transatlantisk radiolänk under första världskriget, men som nu rostade på ett skrotupplag i Palo Alto . Detta gjorde det möjligt för dem att bygga en 27-tums cyklotron.

I cyklotronen hade de ett kraftfullt vetenskapligt instrument, men detta översattes inte till vetenskaplig upptäckt. I april 1932 meddelade John Cockcroft och Ernest Walton vid Cavendish-laboratoriet i England att de hade bombarderat litium med protoner och lyckats omvandla det till helium . Den energi som krävdes visade sig vara ganska låg – väl inom 11-tumscyklotronens kapacitet. När Lawrence fick reda på det, kopplade han Berkeley och bad om att Cockcroft och Waltons resultat skulle verifieras. Det tog teamet fram till september att göra det, främst på grund av bristen på adekvat detektionsapparat.

Mellan 1932 och 1934 författade eller var Livingston medförfattare till över ett dussin artiklar om kärnfysik och cyklotronen, men han kände sig överskuggad av Lawrence och tyckte inte att han hade fått tillräckligt med beröm för sin roll i designen av cyklotronen, för vilket Lawrence skulle få Nobelpriset i fysik i november 1939. Livingston accepterade därför ett erbjudande om en biträdande professur från Cornell University 1934. Han byggde en 2 MeV cyklotron på Cornell med ett anslag på 800 dollar och med hjälp av doktorander och avdelningsbutiken, första som byggdes utanför Berkeley. Han arbetade med Robert Bacher och Hans Bethe och hjälpte till att producera en av de tre milstolpar som dök upp i Reviews of Modern Physics som blev känd som "Bethe Bible". Han slog sig också ihop med Bethe för att för första gången visa att neutronen har ett magnetiskt moment . Livingston påminde om att Bethe:

… gav mig en känsla för grunderna i fysiken, och för vad som pågick inom kärnfysiken. Med honom för första gången kände jag hur djupt fältet var, hur involverat det var och hur mycket vi behövde i form av ny information. Jag lärde mig om många nya typer av begrepp som magnetiska ögonblick och kvantaspekter, som jag aldrig hade hört talas om när jag var med Lawrence. Det var en annan miljö. Jag följde nu en forskare och blev verkligen imponerad.

Fysiker vid Massachusetts Institute of Technology (MIT) hade bestämt att de också behövde en cyklotron, och Robley Evans anlitade Livingston för att bygga en 42-tums (110 cm) cyklotron där 1938. Livingston blev instruktör vid MIT året därpå, och en biträdande professor året efter. Cyklotronen färdigställdes 1940. Under andra världskriget arbetade han med cyklotronen för Office of Medical Research vid Office of Scientific Research and Development ( OSRD), och producerade radioaktiva isotoper av fosfor och järn som användes som spårämnen i medicinska experiment . Resultatet av denna forskning var nya metoder för att stabilisera blod, så att det kunde skickas till trupperna i avlägsna krigsteatrar. 1944 gick Livingston med Philip Morses operationsforskningsgrupp vid Office of Naval Research , och han arbetade i Washington, DC och London med radarmotåtgärder till U-båtarna .

Senare i livet

Livingston återvände till MIT strax efter krigets slut, men 1946 gick ett konsortium av universitet inklusive MIT samman för att skapa Brookhaven National Laboratory i Long Island, New York , som en anläggning för att utföra Big Science- forskningsaktiviteter som låg utanför resurser från en enda akademisk institution. Morse utsågs till Brookhavens första direktör, och han bad Livingston att ta ansvar för att bygga en accelerator för det nya nationella laboratoriet. Det beslutades att det skulle vara en ny typ av accelerator känd som synkrotron som hade föreslagits av Edwin McMillan 1945. Isidor Isaac Rabi i synnerhet hävdade att den borde vara mer kraftfull än någon planerad av Lawrence Berkeley Laboratory .

Som det visade sig var Atomic Energy Commission (AEC) ovillig att finansiera två gigantiska 10 GeV-acceleratorer, men var villig att finansiera två mindre på 2,5 GeV och 6 GeV. Vid ett möte där Brookhaven representerades av Morse, Livingston och Leland John Haworth , accepterade Brookhaven-teamet den mindre, i hopp om att de skulle kunna få den färdig först och därmed ha en fördel i att bygga 10 GeV-maskinen. Maskinen, känd som Cosmotron , godkändes av AEC i april 1948 och nådde sin fulla effekt på 3,3 GeV 1953.

Livingston kunde inte stanna i Brookhaven för att se Cosmotron-projektet slutföras eftersom han stod inför att förlora sin tjänst vid MIT och valde att återvända dit 1948. På MIT undervisade han i klasser och deltog i ett experiment 1950 av Los Alamos National Laboratory för att undersöka livslängden för kortlivade fissionsprodukter. Han tänkte dock fortfarande på acceleratorer, och 1952 utvecklade han, tillsammans med Ernest Courant , Hartland Snyder och J. Blewett vid Brookhaven, stark fokusering , principen att nettoeffekten på en partikelstråle av laddade partiklar som passerar genom alternerande fältgradienter är att få strålen att konvergera. Fördelarna med stark fokusering insågs sedan snabbt och användes på Alternating Gradient Synchrotron , som uppnådde 33 GeV 1960. En plan för att bygga en synkrotron vid MIT och Harvard kom också att förverkligas under Livingstons ledning, vilket resulterade i Cambridge Electron Accelerator ( CEA), som togs i drift 1962. Vätebubbelkammaren vid CEA exploderade den 6 juli 1965 och skadade åtta personer, en av dem med dödlig utgång.

National Accelerator Laboratory , döptes om till Fermi National Accelerator Laboratory 1974, etablerades i Batavia, Illinois 1967. Liksom Brookhaven drevs det av ett konsortium av universitet. Robert R. Wilson utsågs till dess första direktör, med Livingston som biträdande direktör. De initierade designen av vad som blev Tevatron, en 1 TeV partikelaccelerator .

Livingston gick i pension 1970 och flyttade till Santa Fe, New Mexico . Han fortsatte att ibland arbeta som konsult vid det närliggande Los Alamos National Laboratory, och ibland agerade han som administrativ domare för Nuclear Regulatory Commission . Han gifte sig med Lois Robinson medan han var doktorand i Berkeley 1930. De fick två barn, en dotter, Diane, och en son, Stephen. De skildes 1949 och han gifte sig med Margaret (Peggy) Hughes 1952. Efter Peggys död gifte han om sig med Lois 1959. Han dog i Santa Fe den 25 augusti 1986 av komplikationer till följd av prostatacancer . Han efterlevde sin fru Lois och barnen Diane och Stephen.

Utmärkelser och utmärkelser

• Hedersgrader från Dartmouth College (1963), Hamburg, Tyskland (1967) och Pomona College (1971).
• Invald i National Academy of Sciences (1970)
• Enrico Fermi Award från United States Department of Energy (1986) (postum)

Anteckningar

•   Herken, Gregg (2002). Brotherhood of the Bomb: The Tangled Lives and Loyalties of Robert Oppenheimer, Ernest Lawrence och Edward Teller . Holt Pocketbok. ISBN 978-0-8050-6589-3 .

•   Heilbron, JL ; Seidel, Robert W. (1989). Lawrence and his Laboratory: A History of the Lawrence Berkeley Laboratory . Berkeley: University of California Press . ISBN 978-0-520-06426-3 .