Columbia University Physics Department

Введение

Отдел физики Колумбийского университета включает в себя около 40 преподавателей, преподающих и проводящих исследования в области астрофизики, ядерной физики высоких энергий, физики частиц высоких энергий, атомной молекулярной оптической физики, физики конденсированной материи и теоретической физики. Это исследование проводится в Pupin Hall и в Центре исследований инженерных и физических наук Шапиро (CEPSR), оба на территории университета в Морнингсайд Хайтс, в Nevis Labs на севере штата, и в ряде других аффилированных учреждений. Отдел связан с исследованиями, проводимыми в Брукхейвенских национальных лабораториях и в ЦЕРНе. В Колумбии около 20 специальностей по физике и около 100 аспирантов.

История

Корни физики аспирантов можно проследить до открытия Школы горных рудников в 1864 году, хотя отдел был официально создан только в 1892 году. В 1899 году на собрании в Колумбии было основано Американское физическое общество. Несколько лет спустя Фонд Эрнеста Кемптона Адамса позволил департаменту пригласить выдающихся ученых в школу. Среди выдающихся лекторов EKA были Хендрик Лоренц (1905-1906) и Макс Планк (1909). Во время пребывания Лоренца в Колумбии он написал одну из своих самых важных работ, "Теорию электронов". К 1931 году Pupin Labs был ведущим исследовательским центром. В это время Гарольд Ури (Нобелевский лауреат по химии) открыл дейтерий, а Джордж Б. Пеграм исследовал явления, связанные с недавно открытым нейтроном. В 1938 году Энрико Ферми бежал из фашистской Италии после получения Нобелевской премии за свою работу по индуцированной радиоактивности. Он взял с собой жену и детей в Стокгольм и сразу же эмигрировал в Нью-Йорк. Вскоре после прибытия он начал работать в Колумбии. Его работа по ядерному делению, вместе с работой Раби по атомной и молекулярной физике, ознаменовала собой золотую эру фундаментальных исследований в университете. Один из первых циклотронов в стране был построен в подвале Pupin Hall, где его части все еще остаются. До и после Второй мировой войны проводились исследования магнитных моментов ядер и электронов. Вместе с работой Уиллиса Лэмба по пониманию тонкой структуры водорода эти эксперименты имели решающее значение для последующего развития квантовой электродинамики, за что Фейнман и Швингер получили Нобелевскую премию. В это же время Чиен Шиунг Ву проводил знаковое исследование на Невисе по слабому взаимодействию, что привело к теоретическому прогнозу и последующему наблюдению не сохранения максимального паритета. Во время войны было изучено много микроволновых методов, которые позже были использованы в Колумбии для разработки мазера, микроволнового предшественника лазера, для наблюдения больших ядерных четырёхполюсных моментов, что привело к введению единой ядерной модели Джеймсом Рейнвоотером. В 1940-х теоретические исследования были сосредоточены на расчетах в квантовой электродинамике. В 1950-х годах произошёл сдвиг в сторону физики высоких энергий. В это время работа Цун Дао Ли и его коллег привела к открытию паритетных и конъюгационных симметрий заряда в слабом взаимодействии. В эти годы на Невисе был построен новый, более мощный циклотрон. Поскольку физики исследовали материю в более мелких масштабах, требовались эксперименты с более высокой энергией. Многие из них были сделаны на Невисе и в Брукхейвене. Рейнвотер и Фитч исследовали структуру ядра, наблюдая за переходами рентгеновских лучей в мюонных атомах. Ричард Гарвин и Леон Ледерман наблюдали неконсервацию паритета в пионном и мюонном распаде. Ледерман, Шварц и Штайнбергер доказали, что мюонное нейтрино отличается от электронного нейтрино. Сегодня экспериментаторы Колумбии проводят эксперименты в лабораториях по всему миру. К ним относятся ЦЕРН в Женеве, Швейцария, Национальная лаборатория Брукхейвена в Аптоне, Нью-Йорк, и Национальная ускорительная лаборатория Ферми в Батавии, штат Иллинойс. В Pupin Labs также находится 400-гигафлопсный суперкомпьютер, построенный Норманом Кристом, который используется для расчетов в квантовой хромодинамике решетки.

The roots of graduate physics can be traced back to the opening of the School of Mines in 1864 although the department was only formally established in 1892. In 1899 the American Physical Society was founded at a meeting at Columbia. Several years later, the Earnest Kempton Adams Fund enabled the department to invite distinguished scientists to the school. Among the distinguished EKA lecturers were Hendrik Lorentz (1905 1906) and Max Planck (1909). During Lorentz's stay at Columbia he wrote one of his most important works, the Theory of Electrons. By 1931, Pupin Labs was a leading research center. During this time Harold Urey (Nobel laureate in Chemistry) discovered deuterium and George B. Pegram was investigating the phenomena associated with the newly discovered neutron. In 1938, Enrico Fermi escaped fascist Italy after winning the Nobel prize for his work on induced radioactivity. In fact, he took his wife and children with him to Stockholm and immediately emigrated to New York. Shortly after arriving he began working at Columbia. His work on nuclear fission, together with Rabi's work on atomic and molecular physics, ushered in a golden era of fundamental research at the university. One of the country's first cyclotrons was built in the basement of Pupin Hall, where parts of it still remain. Before and after the Second World War, research was conducted into the magnetic moments of nuclei and electrons. Together with Willis Lamb's work on the understanding of the fine structure of hydrogen, these experiments were crucial to the later development of quantum electrodynamics, for which Feynman and Schwinger won the Nobel prize. During this same time Chien Shiung Wu was conducting landmark research at Nevis on weak interactions, which led to the theoretical prediction and subsequent observation of maximal parity nonconservation. During the war, many microwave techniques were learned that were later used at Columbia for the development of the maser, the microwave precursor to the laser, at to the observation of large nuclear quadrupole moments, which led to the introduction of the unified nuclear model by James Rainwater. In the 1940s theoretical research was focussed on calculations in quantum electrodynamics. In the 1950s, there was a shift towards high energy physics. During this time Tsung Dao Lee and his collaborators' work led to the discovery of parity and charge conjugation symmetries in the weak interaction. During these years, a new, more powerful cyclotron was also built at Nevis. As physicists investigated matter at ever finer scales, higher energy experiments were required. Many of these were done at Nevis and at Brookhaven. Rainwater and Fitch explored the structure of nuclei by observing x ray transitions in muonic atoms. Richard Garwin and Leon Lederman observed parity nonconservation in pion and muon decay. Lederman, Schwartz, and Steinberger proved that the muon neutrino was distinct from the electron neutrino. Today, Columbia experimenters conduct work at labs across the world. These include CERN, in Geneva, Switzerland, Brookhaven National Laboratory, in Upton, New York, and Fermi National Accelerator Laboratory, in Batavia, Illinois. Pupin Labs also houses a 400 Gigaflops dedicated supercomputer built by Norman Christ, which is used for calculations in lattice quantum chromodynamics.