John H. Malmberg - John H. Malmberg

John Holmes Malmberg
John H Malmberg.jpg
narozený(1927-07-05)5. července 1927
Gettysburg, Pensylvánie
Zemřel1. listopadu 1992(1992-11-01) (ve věku 65)
Del Mar, Kalifornie
Národnostamerický
VzděláváníIllinois State University (BS)
University of Illinois v Urbana – Champaign (M.S., Ph.D.)
Známý jakoJednosložkové a neneutrální plazma výzkum, Penning – Malmbergova past, bezkolizní tlumení plazmatických vln, ozvěna plazmových vln
Ocenění
Vědecká kariéra
PoleFyzika plazmatu
InstituceObecná atomika, University of California, San Diego

John Holmes Malmberg (5. července 1927 - 1. listopadu 1992) byla americká plazma fyzik a profesor na University of California, San Diego.[1] Byl znám tím, že prováděl první experimentální měření Tlumení Landau z plazmové vlny v roce 1964,[2] stejně jako pro jeho výzkum na neneutrální plazma a rozvoj Penning – Malmbergova past.[3][4]

V roce 1985 Malmberg vyhrál Cena Jamese Clerka Maxwella za fyziku plazmatu za experimentální práci o interakcích vln-částic v neutrálních plazmech a za studium čistých elektronových plazmat.[5] Později byl společně oceněn Cena Johna Dawsona za vynikající výsledky ve výzkumu fyziky plazmatu v roce 1991 za příspěvek k výzkumu na neneutrální plazma.[6]

Časný život a kariéra

Malmberg studoval na Illinois State University (bakalář 1949) a University of Illinois v Urbana – Champaign (magister 1951), kde získal doktorát v roce 1957. Od roku 1957 do roku 1969 pracoval jako vědecký pracovník v oblasti fyziky plazmatu na Obecná atomika v San Diego, Kalifornie. Od roku 1967 až do své smrti byl profesorem fyziky na University of California, San Diego (UCSD) v La Jolla, Kalifornie.[1][7]

V roce 1980 byl Malmberg jmenován prvním výborem pro plazmové vědy Národní rada pro výzkum.[Citace je zapotřebí ] V této funkci byl silným hlasem pro důležitost základních experimentů s plazmou pro udržení zdraví vědy o plazmě. V době, kdy se malý a základní výzkum fyziky plazmatu blížil k odlivu, zdůraznil Malmberg důležitost schopnosti řídit se vnitřní logikou vědy, kterou považoval za zásadní při provádění základního výzkumu.

Vědecké příspěvky

Landauovo tlumení plazmatických vln

Malmberg a Charles Wharton provedli první experimentální měření Tlumení Landau z plazmové vlny v roce 1964,[2] dvě desetiletí po jeho predikci Lev Landau.[8] Protože toto tlumení je bezkolizní, energie zdarma a fázový prostor paměť spojená s tlumenou vlnou se neztratí, ale nenápadně se uloží do plazmy. Malmberg a spolupracovníci výslovně předvedli reverzibilní povaha tohoto procesu pozorováním echa plazmové vlny[9][10] ve kterém se vlna „spontánně“ objeví v plazmě jako „ozvěna“ dvou dříve vypuštěných vln, které byly tlumeny Landau.

Penning – Malmbergovy pasti a neutrální plazma

Viz také: Penning – Malmbergova past

Neutrální plazma je notoricky obtížné omezit. Naproti tomu Malmberg a spolupracovníci předpovídali a experimentálně předváděli[3][4][11] že plazma s jedinou známkou náboje, například čistá elektron nebo čistá iontová plazma, může být uzavřena po dlouhou dobu (např. hodiny). Toho bylo dosaženo použitím uspořádání elektrických a magnetických polí podobného uspořádání a Penningová past, ale optimalizováno tak, aby omezovalo jednosložkové plazmy. Jako uznání příspěvků Malmberga k vývoji těchto zařízení jsou nyní označovány jako Penning – Malmbergovy pasti.

Malmberg a spolupracovníci si to uvědomili neneutrální plazma nabízejí možnosti výzkumu, které nejsou k dispozici u neutrálních plazmat. Na rozdíl od neutrálních plazmat může plazma s jedinou známkou náboje dosáhnout stavů globální tepelné rovnováhy.[12][13] Možnost využití tepelné rovnováhy statistická mechanika popsat plazmu poskytuje teorii velkou výhodu. [14] Stavy v blízkosti takových tepelných rovnováh lze navíc snáze experimentálně řídit a odchylky od rovnováhy studovat s přesností.

Když se neutrální plazma ochladí, jednoduše rekombinuje; ale plazmu s jedinou známkou náboje lze ochladit bez rekombinace. Malmberg zkonstruoval past na čistou elektronovou plazmu se stěnami 4,2 K. Cyklotronové záření z elektronů pak ochladilo plazmu na několik Kelvinů. Teorie tvrdila, že srážky elektronů a elektronů v tak silně magnetizované a nízkoteplotní plazmě budou kvalitativně odlišné od kolizí v teplejších plazmech. Malmberg změřil vybavit oddíl rychlost mezi složkami rychlosti elektronů rovnoběžně s magnetickým polem a kolmo k nim a potvrdila nápadnou předpověď, že s klesající teplotou exponenciálně klesá.[15]

Malmberg a Thomas Michael O'Neil předpovídal, že velmi chladná jednodruhová plazma podstoupí a fázový přechod do a centrovaný na tělo krystalický stav.[16] Později takový stav vytvořil John Bollinger a spolupracovníci laserové chlazení plazma jednotlivě ionizovaná berylium ionty na teploty několika milikelvinů.[17] V jiných experimentech se zachycené čisté elektronové plazmy používají k modelování dvourozměrného (2D) vírová dynamika očekávané pro ideální tekutinu.[18][19]

Na konci 80. let čistá pozitron (tj. antielektronová) plazma byla vytvořena pomocí technologie pastí Penning – Malmberg.[20] To a postupuje v omezování nízkoenergetických antiprotony,[21] vedlo k vytvoření nízkoenergetického antihydrogen o deset let později.[22][23] Tyto a další vývoj[24][25] vytvořily velké množství výzkumu s nízkou spotřebou energie antihmota.[26] To zahrnuje stále přesnější studie antihydrogenu a srovnání s vlastnostmi vodík[27] a vznik di-pozitronium molekula (Ps, )[28] předpověděl J. A. Wheeler v roce 1946.[29] Technologie pasti Penning – Malmberg se nyní používá k vytvoření nové generace vysoké kvality pozitronium atom () paprsky pro atomová fyzika studie.[30][31]

V širším pohledu stimulovaly Malmbergovy klíčové studie s uvězněnými jednosložkovými a neneutrálními plazmy stimulované živé dílčí pole fyziky plazmatu s překvapivě širokými dopady v širším světě fyziky.

Vyznamenání a ocenění

V roce 1985 Malmberg obdržel Cena Jamese Clerka Maxwella za fyziku plazmatu z Americká fyzická společnost pro "jeho vynikající experimentální studie, které rozšířily porozumění interakcí vln-částic v neutrálních plazmech a zvýšily naši důvěru v teorii plazmy; a za jeho průkopnické studie omezování a transportu čistých elektronových plazmat".[5]

A v roce 1991 mu byl společně udělen Cena Johna Dawsona za vynikající výsledky ve výzkumu fyziky plazmatu s Charlesem F. Driscollem a Thomas Michael O'Neil za studium jednosložkových elektronových plazmat.[6]

Dědictví

V roce 1993 ustanovilo oddělení fyziky UCSD na jeho počest cenu Johna Holmese Malmberga. Uděluje se každoročně vynikajícímu vysokoškolskému studentovi fyziky se zájmy v experimentální fyzice.[32]

Reference

  1. ^ A b „Plasma Physics Pioneer at UCSD Dies“. Los Angeles Times. 1992-11-24. Citováno 2020-02-23.
  2. ^ A b Malmberg, J. H .; Wharton, C. B. (1964). "Bezkolizní tlumení elektrostatických plazmatických vln". Dopisy o fyzické kontrole. 13 (6): 184–186. Bibcode:1964PhRvL..13..184M. doi:10.1103 / PhysRevLett.13.184.
  3. ^ A b Malmberg, J. H .; Degrassie, J. S. (1975). "Vlastnosti neutrální plazmy". Dopisy o fyzické kontrole. 35 (9): 577–580. doi:10.1103 / PhysRevLett.35.577.
  4. ^ A b Malmberg, J. H .; Driscoll, C. F. (1980). „Dlouhodobé zadržování čisté elektronové plazmy“. Dopisy o fyzické kontrole. 44 (10): 654–657. doi:10.1103 / PhysRevLett.44.654.
  5. ^ A b „Cena Jamese Clerka Maxwella 1985 pro příjemce fyziky plazmatu“. Americká fyzická společnost. Citováno 2020-02-23.
  6. ^ A b „Cena Johna Dawsona za vynikající výsledky ve výzkumu fyziky plazmatu“. www.aps.org. Citováno 2020-02-23.
  7. ^ „Malmberg, J. H.“ history.aip.org. Citováno 2020-02-23.
  8. ^ Landau, L. D. „O vibracích elektronické plazmy“. Zh. Eksp. Teor. Fiz. 16: 574–86 (dotisk 1965 Collected Papers of Landau ed D ter Haar (Oxford: Pergamon) str. 445–60).
  9. ^ Gould, R. W .; O'Neil, T. M .; Malmberg, J. H. (1967). „Plazmová vlna Echo“. Dopisy o fyzické kontrole. 19 (5): 219–222. doi:10.1103 / PhysRevLett.19.219.
  10. ^ Malmberg, J. H .; Wharton, C. B .; Gould, R. W .; O’Neil, T. M. (1968). „Pozorování ozvěny plazmových vln“ (PDF). Fyzika tekutin. 11 (6): 1147. doi:10.1063/1.1692075.
  11. ^ O'Neil, T. M. (1980). "Věta o omezení pro neutrální plazma". Fyzika tekutin. 23 (11): 2216. doi:10.1063/1.862904.
  12. ^ Prasad, S. A .; O'Neil, T. M. (1979). "Termální rovnováhy konečné délky kolony s čistým elektronovým plazmatem". Fyzika tekutin. 22 (2): 278. doi:10.1063/1.862578.
  13. ^ Driscoll, C. F .; Malmberg, J. H .; Fine, K. S. (1988). "Pozorování transportu k tepelné rovnováze v plazmech čistých elektronů". Dopisy o fyzické kontrole. 60 (13): 1290–1293. doi:10.1103 / PhysRevLett.60.1290. PMID  10037997.
  14. ^ Dubin, Daniel H. E .; O'Neil, T. M. (1999). "Zachycená neautrální plazma, kapaliny a krystaly (stavy tepelné rovnováhy)". Recenze moderní fyziky. 71: 87–172. doi:10.1103 / RevModPhys.71.87.
  15. ^ Beck, B. R .; Fajans, J .; Malmberg, J. H. (1992). "Měření kolizní anizotropní teplotní relaxace v silně magnetizované čisté elektronové plazmě". Dopisy o fyzické kontrole. 68 (3): 317–320. doi:10.1103 / PhysRevLett.68.317. PMID  10045861.
  16. ^ Malmberg, J. H .; O'Neil, T. M. (1977). "Čistá elektronová plazma, kapalina a krystal". Dopisy o fyzické kontrole. 39 (21): 1333–1336. doi:10.1103 / PhysRevLett.39.1333.
  17. ^ Bollinger, J. J .; Mitchell, T. B .; Huang, X.-P .; Itano, W. M .; Tan, J. N .; Jelenković, B. M .; Wineland, D. J. (2000). "Krystalický řád v laserem chlazených, neutrálních iontových plazmech". Fyzika plazmatu. 7: 7–13. doi:10.1063/1.873818.
  18. ^ Fajn, K. S .; Driscoll, C. F .; Malmberg, J. H .; Mitchell, T. B. (1991). Msgstr "Měření symetrického sloučení vírů". Dopisy o fyzické kontrole. 67 (5): 588–591. doi:10.1103 / PhysRevLett.67.588. PMID  10044936.
  19. ^ Fajn, K. S .; Cass, A. C .; Flynn, W. G .; Driscoll, C. F. (1995). "Relaxace 2D turbulence na krystaly víru". Dopisy o fyzické kontrole. 75 (18): 3277–3280. doi:10.1103 / PhysRevLett.75.3277. PMID  10059543.
  20. ^ Surko, C. M .; Leventhal, M .; Passner, A. (1989). "Positronová plazma v laboratoři". Dopisy o fyzické kontrole. 62 (8): 901–904. doi:10.1103 / PhysRevLett.62.901. PMID  10040367.
  21. ^ Gabrielse, G .; Fei, X .; Helmerson, K .; Rolston, S.L .; Tjoelker, R .; Trainor, T. A .; Kalinowsky, H .; Haas, J .; Kells, W. (1986). „První zachycení antiprotonů v pasti Penninga: zdroj kiloelektronvoltu“. Dopisy o fyzické kontrole. 57 (20): 2504–2507. doi:10.1103 / PhysRevLett.57.2504. PMID  10033784.
  22. ^ Amoretti, M .; Amsler, C .; Bonomi, G .; Bouchta, A .; Bowe, P .; Carraro, C .; Cesar, C. L .; Charlton, M .; Collier, M. J. T .; Doser, M .; Filippini, V .; Fajn, K. S .; Fontana, A .; Fujiwara, M. C .; Funakoshi, R .; Genova, P .; Hangst, J. S .; Hayano, R. S .; Holzscheiter, M. H .; Jørgensen, L. V .; Lagomarsino, V .; Landua, R .; Lindelöf, D .; Rizzini, E. Lodi; MacRì, M .; Madsen, N .; Manuzio, G .; Marchesotti, M .; Montagna, P .; et al. (2002). "Výroba a detekce studených atomů antihydrogenů". Příroda. 419 (6906): 456–459. doi:10.1038 / nature01096. PMID  12368849. S2CID  4315273.
  23. ^ Gabrielse, G .; Bowden, N. S .; Oxley, P .; Speck, A .; Storry, C. H .; Tan, J. N .; Wessels, M .; Grzonka, D .; Oelert, W .; Schepers, G .; Sefzick, T .; Walz, J .; Pittner, H .; Hänsch, T. W .; Hessels, E. A .; ATRAP Collaboration (2002). "Řízená výroba studeného antihydrogenu a první měřená distribuce antihydrogenových států". Dopisy o fyzické kontrole. 89 (23): 233401. doi:10.1103 / PhysRevLett.89.233401. PMID  12485006.
  24. ^ Danielson, J. R .; Dubin, D. H. E .; Greaves, R. G .; Surko, C. M. (2015). „Plazmové a pastí založené techniky pro vědu s pozitrony“. Recenze moderní fyziky. 87: 247–306. doi:10.1103 / RevModPhys.87.247.
  25. ^ Fajans, J .; Surko, C. M. (2020). „Plazmové a pastí založené techniky pro vědu s antihmotou“. Fyzika plazmatu. 27 (3): 030601. doi:10.1063/1.5131273.
  26. ^ Surko, C. M .; Gribakin, G. F .; Buckman, S. J. (2005). "Nízkoenergetické pozitronové interakce s atomy a molekulami". Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics. 38 (6): R57 – R126. doi:10.1088 / 0953-4075 / 38/6 / R01.
  27. ^ Ahmadi, M .; Alves, B. X. R .; Baker, C. J .; Bertsche, W .; Capra, A .; Carruth, C .; Cesar, C. L .; Charlton, M .; Cohen, S .; Collister, R .; Eriksson, S .; Evans, A .; Evetts, N .; Fajans, J .; Friesen, T .; Fujiwara, M. C .; Gill, D. R .; Hangst, J. S .; Hardy, W. N .; Hayden, M. E.; Isaac, C. A .; Johnson, M. A .; Jones, J. M .; Jones, S. A .; Jonsell, S .; Khramov, A .; Knapp, P .; Kurchaninov, L .; Madsen, N .; et al. (2018). "Charakterizace přechodu 1S – 2S v antihydrogenu". Příroda. 557 (7703): 71–75. doi:10.1038 / s41586-018-0017-2. PMC  6784861. PMID  29618820.
  28. ^ Cassidy, D. B .; Mills, A. P. (2007). "Produkce molekulárního pozitronia". Příroda. 449 (7159): 195–197. doi:10.1038 / nature06094. PMID  17851519. S2CID  11269624.
  29. ^ Wheeler, John Archibald (1946). "Polyelektrony". Annals of the New York Academy of Sciences. 48 (3): 219–238. doi:10.1111 / j.1749-6632.1946.tb31764.x.
  30. ^ Cassidy, David B. (2018). „Experimentální pokrok ve fyzice pozitronového laseru“. Evropský fyzický deník D. 72 (3). doi:10.1140 / epjd / e2018-80721-r.
  31. ^ Michishio, K .; Chiari, L .; Tanaka, F .; Oshima, N .; Nagashima, Y. (2019). „Vysoce kvalitní a energeticky laditelný pozitronový paprskový systém využívající pozitronový paprsek založený na pasti“. Recenze vědeckých přístrojů. 90 (2): 023305. doi:10.1063/1.5060619. PMID  30831693.
  32. ^ "UC San Diego | Společenstva a ceny ve fyzice". www-physics.ucsd.edu. Citováno 2020-02-23.