Ааге Нильс Бор: Ядролық физик және Нобель сыйлығының иегері

Кіріспе

Даниялық физик (1922–2009)

Аге Нильс Бор (19 маусым 1922 – 8 қыркүйек 2009) – даниялық ядролық физик, 1975 жылы Бен Рой Мотельсон және Джеймс Рейнвотермен бірге "атом ядроларындағы ұжымдық және бөлшектік қозғалыстар арасындағы байланысты ашқаны және осы байланыс негізінде атом ядросының құрылымы теориясын дамытқаны үшін" физика саласындағы Нобель сыйлығын алған. Оның әкесі Нильс Бор болды. Рейнвотердің ядроны қалыпсыз пішінді сұйық тамшысы ретінде қарастыру тұжырымдамасынан бастап, Бор мен Мотельсон тәжірибелермен сәйкес келетін толыққанды теорияны жасады. Оның әкесі Нильс Бор 1922 жылы бұл сыйлықты алғандықтан, ол әкесімен бірге Нобель сыйлығын жеңіп алған алты ата-ұл жұбының бірі және физика саласындағы Нобель сыйлығын жеңіп алған төрт жұптың бірі.

Ерте өмір және білім

Бор 1922 жылғы 19 маусымда Копенгагенде дүниеге келді. Ол физик Нильс Бордың және оның әйелі Маргрете Бордың (қыз есімі Норлунд) алты ұлының төртіншісі болды. Оның үлкен ағасы Кристиан 1934 жылы қайық апатында қаза тапты, ал кішісі Харальд төрт жасында ауыр мүгедек болып, Копенгагендегі үйден алысқа орналастырылды. Кейіннен ол балалық шақтағы менингиттен қайтыс болды. Ал қалғандарының Ханс – дәрігер, Эрик – химиялық инженер, Эрнест – заңгер және 1948 жылы Лондонда өткен Олимпиада ойындарында Дания құрамасының құрамында даңғыл хоккейден өнер көрсеткен спортшы болды. Отбасы Копенгаген университетінің Теориялық физика институтында, қазір Нильс Бор институты деп аталады, онда ол Ханс Крамерс, Оскар Клейн, Йошио Нишина, Вольфганг Паули және Вернер Гейзенберг сияқты әкесімен жұмыс істейтін физиктермен бірге өсті. Колумбия университетіне сапар барысында ол Исидор Исаак Рабимен танысты, ол оның деутерийдің гипернегізді құрылымына қатысты жаңа жаңалықтарға қызығушылығын оятып, 1949 жылдың қаңтарынан 1950 жылдың тамызына дейін Колумбияда қонақтап қалуына себеп болды. 1940 жылдардың соңында атом ядросының қасиеттерін Нильс Бор және басқалар жасаған сұйық тамшы моделі сияқты қазіргі модельдермен түсіндіру мүмкін емес екені белгілі болды. Мария Гёпперт Майер және басқалар 1949 жылы жасаған қабықша моделі кейбір қосымша ерекшеліктерді, әсіресе «сиқырлы сандар» деп аталатындарды түсіндіруге мүмкіндік берді. Алайда, кейбір ядролардағы зарядтың сфералық емес таралуын қоса алғанда, түсіндірілмейтін қасиеттер де болды. 1950 жылы Колумбия университетінің Джеймс Рейнвотер ядроның түсіп кету моделінің нұсқасын ұсынды, ол сфералық емес зарядты таратуды түсіндіре алатын еді. Рейнвотердің моделі ядроны ішінде шарлар қозғалғанда бетін деформациялайтын шар сияқты қарастырды. Ол бұл идеяны сол кезде Колумбияға келген Бормен талқылады және тәуелсіз түрде сол идеяны ойлап тапқан, ал Рейнвотердің ұсынысынан шамамен бір ай өткен соң, сол мәселені, бірақ көбірек жалпылама тұрғыдан қарастыратын мақала жариялауға ұсынды. Бор беттік кернеудің бір түрі бар, айналатын, дұрыс емес пішіндегі ядроны көзге елестетеді. Бор бұл идеяны одан әрі дамытып, 1951 жылы ядроның бетіндегі тербелістер мен жеке нуклондардың қозғалысы арасындағы байланысты жан-жақты қарастыратын мақала жариялады. 1950 жылы Копенгагенге оралғаннан кейін Бор Бен Рой Моттельсонмен бірге теориялық жұмысты тәжірибелік деректермен салыстыру үшін жұмыс істей бастады. 1952 және 1953 жылдары жарық көрген үш мақалада Бор мен Моттельсон теория мен эксперимент арасындағы тығыз сәйкестікті көрсетті; мысалы, белгілі ядролардың энергия деңгейлерін айналу спектрімен сипаттауға болатындығын көрсетті. Осылайша олар Рейнвотердің тұжырымдамасын қабықша моделімен үйлестіре алды. Нобель сыйлығын алған зерттеулерінен кейін ғана Бор 1954 жылы Копенгаген университетінен докторлық диссертациясын қорғады, оның тақырыбы «Атом ядроларының айналу күйлері» болды. Бор 1956 жылы Копенгаген университетінің профессоры болды және 1962 жылы әкесі қайтыс болғаннан кейін Нильс Бор институтының директоры болып тағайындалды, ол 1970 жылға дейін осы лауазымда болды. 1992 жылы зейнетке шыққанға дейін ол сол жерде жұмыс істеді. Нобель сыйлығынан басқа, ол 1960 жылы математикалық физика бойынша Дэнни Хайнеман сыйлығын, 1969 жылы «Бейбітшілік үшін атомдар» сыйлығын, 1970 жылы Х. С. Орстед медалін және сыйлығын, 1972 жылы Ратфорд медалін және сыйлығын, 1974 жылы Джон Прайс Ветрилл медалін және 1976 жылы Оле Рёмер медалін алды. Бор мен Моттельсон екі томдық монографияны жариялап, бірлесіп жұмысын жалғастырды. Бірінші том, «Single Particle Motion», 1969 жылы жарық көрді; екінші том, «Nuclear Deformations», 1975 жылы жарық көрді. 1980 жылдан бастап Норвегия ғылым және әдебиет академиясының мүшесі болды. Бор сонымен қатар Америка өнер және ғылым академиясының, Америка философиялық қоғамының және Америка Құрама Штаттарының Ұлттық ғылым академиясының сайланған мүшесі болды. 1981 жылы Бор Дүниежүзілік мәдениет кеңесінің құрылтайшы мүшесі болды. Бордың әйелі Мариетта 1978 жылғы 2 қазанда қайтыс болды. Оның ұлы Томас Бор Данияның Техникалық университетінде физика профессоры, сұйықтық динамикасы саласында жұмыс істейді. Ааге Бор 2009 жылғы 9 қыркүйекте Копенгагенде қайтыс болды. Оның екінші әйелі мен балалары сақталды.

Bohr was born in Copenhagen on 19 June 1922, the fourth of six sons of the physicist Niels Bohr and his wife Margrethe Bohr (née Nørlund). His oldest brother, Christian, died in a boating accident in 1934, and his youngest, Harald, was severely disabled and placed away from the home in Copenhagen at the age of four. He would later die from childhood meningitis. Of the others, Hans became a physician; Erik, a chemical engineer; and Ernest, a lawyer and Olympic athlete who played field hockey for Denmark at the 1948 Summer Olympics in London. The family lived at the Institute of Theoretical Physics at the University of Copenhagen, now known as the Niels Bohr Institute, where he grew up surrounded by physicists who were working with his father, such as Hans Kramers, Oskar Klein, Yoshio Nishina, Wolfgang Pauli and Werner Heisenberg. While paying a visit to Columbia University, he met Isidor Isaac Rabi, who sparked in him an interest in recent discoveries related to the hyperfine structure of deuterium. This led to Bohr becoming a visiting fellow at Columbia from January 1949 to August 1950. By the late 1940s it was known that the properties of atomic nuclei could not be explained by then current models such as the liquid drop model developed by Niels Bohr amongst others. The shell model, developed in 1949 by Maria Goeppert Mayer and others, allowed some additional features to be explained, in particular the so called magic numbers. However, there were also properties that could not be explained, including the non spherical distribution of charge in certain nuclei. In a 1950 paper, James Rainwater of Columbia University suggested a variant of the drop model of the nucleus that could explain a non spherical charge distribution. Rainwater's model postulated a nucleus like a balloon with balls inside that distort the surface as they move about. He discussed the idea with Bohr, who was visiting Columbia at the time, and had independently conceived the same idea, and had, about a month after Rainwater's submission, submitted for publication a paper that discussed the same problem, but along more general lines. Bohr imagined a rotating, irregular shaped nucleus with a form of surface tension. Bohr developed the idea further, in 1951 publishing a paper that comprehensively treated the relationship between oscillations of the surface of the nucleus and the movement of the individual nucleons. Upon his return to Copenhagen in 1950, Bohr began working with Ben Roy Mottelson to compare the theoretical work with experimental data. In three papers, that were published in 1952 and 1953, Bohr and Mottelson demonstrated close agreement between theory and experiment; for example, showing that the energy levels of certain nuclei could be described by a rotation spectrum. They were thereby able to reconcile the shell model with Rainwater's concept. Only after doing his Nobel Prize winning research did Bohr receive his doctorate from the University of Copenhagen, in 1954, writing his thesis on "Rotational States of Atomic Nuclei". Bohr became a professor at the University of Copenhagen in 1956, and, following his father's death in 1962, succeeded him as director of the Niels Bohr Institute, a position he held until 1970. He remained active there until he retired in 1992. In addition to the Nobel Prize, he won the Dannie Heineman Prize for Mathematical Physics in 1960, the Atoms for Peace Award in 1969, H. C. Ørsted Medal in 1970, Rutherford Medal and Prize in 1972, John Price Wetherill Medal in 1974, and the Ole Rømer medal in 1976. Bohr and Mottelson continued to work together, publishing a two volume monograph, Nuclear Structure. The first volume, Single Particle Motion, appeared in 1969; the second, Nuclear Deformations, in 1975. He was a member of the Norwegian Academy of Science and Letters from 1980. Bohr was also an elected member of the American Academy of Arts and Sciences, the American Philosophical Society, and the United States National Academy of Sciences. In 1981, Bohr became a founding member of the World Cultural Council. Bohr's wife Marietta died on 2 October 1978. His son, Tomas Bohr, is a professor of physics at the Technical University of Denmark, working in the area of fluid dynamics. Aage Bohr died in Copenhagen on 9 September 2009. He was survived by his second wife and children.