Тони Скайрм: Ядролық физик және математик өмірі мен еңбектері

Кіріспе

Британдық физик Тони Хилтон Ройл Скайрм (/s//k//ɜr//m/; 5 желтоқсан 1922 – 25 маусым 1987) – британдық физик, ол Льюишемде дүниеге келген. Ол ядролардағы нуклондар арасындағы тиімді өзара әрекеттесуді қысқа радиусты потенциал арқылы модельдеуді ұсынды. Бұл идея бүгінге дейін ядролық құрылымда және нейтронды жұлдыздардың теңдеулерінде кеңінен қолданылады. Скайрм, әсіресе, бөлшекті модельдеу үшін алғашқы топологиялық солитонды – скирмионды жасауымен танымал. Оның ең маңызды жұмыстарын оның таңдамалы мақалаларында табуға болады. Скайрм 1985 жылы Корольдік қоғамның Хьюз медалімен марапатталды.

Өмір

Тони Скайрм Лондонның Льюишем қаласында банк кызметкерінің ұлы ретінде дүниеге келген. Ол Льюишемдегі пансионда оқыды, содан кейін Итон колледжіне стипендия алды. Математика пәнінде өте жақсы оқып, мектепте бірнеше жүлде алды, оның ішінде 1939 жылы Томлайн жүлдесі мен 1940 жылы Рассел жүлдесі. Кейін Кембридж университетінің Тринити колледжінде оқыды, онда да ерекше көзге түсті, 1942 жылы математикалық трипостың бірінші бөлігін, ал 1943 жылы үшінші бөлігін үздік дипломмен аяқтады. Оқу кезінде «Архимед» математикалық қоғамының президенті болды. Екінші дүниежүзілік соғыс кезінде, бітірген соң Рудольф Пейерлстің жетекшілігімен атом энергиясының теориялық аспектілерін зерттейтін топқа математик ретінде соғысқа шақырылды, әсіресе атом қаруына қатысты мәселелермен айналысты. 1943 жылдың соңында Пейерлс және атом зерттеу саласында жұмыс істейтін тағы бірнеше британ ғалымы Манхэттен жобасына көмектесу үшін АҚШ-қа ауыстырылды, мақсаты – ядролық қару құру. Скайрм 1944 жылы олардың ізінен келді және изотоптарды бөлуге арналған диффузиялық станцияға қатысты мәселелерді зерттеді. Сондай-ақ, ол плутонийлік бомбаны жару үшін қажетті жарылыстарды есептеу үшін IBM перфокарталық машиналарын пайдаланды. Соғыс жылдарындағы еңбегі үшін Оксфорд университетінде оқуға мүмкіндік алды. Бірақ ол Пейерлстің соңынан Бірмингем университетіне барып, ғылыми қызметкер болды. 1948–1949 және 1949–1950 оқу жылдарын сәйкесінше Массачусетс технология институтында және Принстонның Жоғары оқу орындасында өткізді. 1949 жылы Бірмингем университетінде танысқан тәжірибелік ядролық физика лекторы Дороти Милдредке үйленді. Олардың балалары болған жоқ. Ұлыбританияға оралғаннан кейін ол және Дороти 1950 жылдан 1962 жылға дейін Харвеллдегі Атом энергиясын зерттеу институтында жұмыс істеді. 1954 жылдан бастап ол теориялық ядролық физика тобының жетекшісі болды, оның құрамында Джон Белл де жұмыс істеді. Осы жерде ол ядролық физикаға екі маңызды үлес қосты. Бірі – үш денелік проблемада қысқа қашықтықтағы күштерді қалай қолдануды көрсету. Екіншісі – ядролық күштерге жуық, кейіннен «Скайрм моделі» ретінде кеңінен қолданылған жуықтау. 1962 жылы ол элементар бөлшектерді математикалық тұрғыдан қарастыруды ұсынды, онда Паулидің тыйым салу принципіне бағынатын нейтрондар мен протондар сияқты бөлшектер мезондар сияқты өрістердің көрінісі ретінде пайда болады. Бұл құбылыстар 1982 жылы Skyrmions деп аталды. Осы еңбегі үшін Скайрм 1985 жылы Корольдік қоғамның Хьюз медалімен марапатталды, бірақ ондағы толық құрметке ие бола алмады. 1958/59 жылдары ол әйелімен бірге бір жылдық саяхат жасап, автомобильмен және Land Rover көлігімен жер шарын аралап шықты. Олар Малайзияның көркем тропикалық бақтарына ғашық болып, сол жерде қалған өмірін өткізуге шешім қабылдады. 1962 жылы олар Харвеллден кетіп, Скайрм Куала-Лумпурдағы Малайя университетінде қызметке кірісті. Бірақ ол оқыту жүктемесінің көптігіне және зерттеу жұмысына жеткіліксіз ынтаға көнді. 1964 жылы ол Ұлыбританияға оралып, Бірмингем университетінде Математикалық физика профессоры болып жұмыс істеді және қалған өмірін сонда өткізді. Оның хоббилері – үй электроникасы, 1950 жылдары ол өзіне теледидар және Hi Fi құрастырды; сондай-ақ бау-бақшамен айналысып, Доротимен бірге өзін-өзі қамтамасыз етуге тырысты. Скайрм 1987 жылдың 25 маусымында Бирмингемдегі Селли Ок ауруханасында әдеттегі операциядан кейін эмболиядан қайтыс болды.

Tony Skyrme was born in Lewisham, London, the child of a bank clerk. He attended a boarding school in Lewisham and then won a scholarship to Eton. He excelled at mathematics and won several prizes in the subject at the school, including the Tomline Prize in 1939 and the Russell Prize in 1940. He went on to Trinity College, Cambridge, where he again excelled, he passed part one of the mathematical tripos as a wrangler in 1942, and part three in 1943 with a first class degree. While there he was president of The Archimedeans mathematics society. With World War Two at its height after graduation he was drafted into war work as a mathematician under Rudolf Peierls who was leading a team working on the theoretical aspects of atomic energy, particularly as applied to atomic weapons. At the end of 1943 Peierls and several other of the British scientists working on the atom, were transferred to the United States to assist in the Manhattan project to build a nuclear weapon. Skyrme followed later in 1944, and worked on problems concerning the diffusion plant for isotope separation. He also used IBM punch card tabulators to calculate the implosions needed to detonate a plutonium bomb. His war time work earned him a fellowship at Oxford. But he followed Peierls to the University of Birmingham where he became a research fellow. The academic years 1948–9 and 1949–50 were spent at the Massachusetts Institute of Technology and at the Institute for Advanced Study in Princeton, respectively. In 1949 he married Dorothy Mildred, a lecturer in experimental nuclear physics whom he had met at Birmingham University. Their marriage had no children. Returning to Britain both he and Dorothy gained posts at the Atomic Energy Research Establishment at Harwell from 1950 to 1962. From 1954 he was head of the group there for theoretical nuclear physics, in which among others John Bell worked. Here he made two pioneering contributions to nuclear physics. One was to show how to handle short range forces in a three body problem. The other was a powerful approximation to nuclear forces, later widely used as the ‘Skyrme model’. In 1962 he proposed a mathematical treatment of fundamental particles, in which particles such as neutrons and protons, that obey the Pauli exclusion principle, appear as manifestations of fields such as that of mesons. These entities would later in 1982 become known as Skyrmions. For this work Skyrme was awarded the Hughes medal of the Royal Society in 1985 but never received the full accolade of a fellowship there. In 1958/59 he had travelled with his wife as tourists in a one year overland circumnavigation of the globe by car and Land Rover. They fell in love with the lush tropical gardens of Malaysia and decided to settle there. In 1962 they left Harwell and Skyrme took up a post in the University of Malaya in Kuala Lumpur. He found this involved heavy lecturing commitments and was less than stimulating to his research work and by 1964 had returned to Britain to a post as professor of Mathematical Physics at the University of Birmingham where he remained for the rest of his career. His hobbies were home electronics he built his own television receiver and Hi Fi in the 1950s; and gardening, where he and Dorothy made an early attempt at self sufficiency. Skyrme died on 25 June 1987 in Selly Oak Hospital, Birmingham, of an embolism after a routine operation.