Em 25/05: JACK-STEINBERGER

ANIVERSARIANTE, MAIO

★25/05/1921 †12/12/2020
Por www.fisica.net
Físico americano nascido na Alemanha que, junto com Leon M. Lederman e Melvin Schwartz, recebeu o Prêmio Nobel de Física em 1988 por suas descobertas conjuntas sobre neutrinos.

Eles conseguiram criar um feixe de neutrinos usando um acelerador de alta energia. Em 1962, descobriram que, em alguns casos, ao in-vés de produzir um elétron, um múon (200 vezes mais pesado que um elétron) era produzido, comprovando a existência de um novo tipo de neutrino, o múon do neutrino.

Steinberger imigrou para os Estados Unidos em 1934. Ele estudou física na Universidade de Chicago, recebendo um doutorado. lá em 1948. Ele foi professor de física na Universidade de Columbia, na cidade de Nova York, de 1950 a 1971, e de 1968 a 1986 foi físico na Organização Europeia para Pesquisa Nuclear (CERN) em Genebra, Suíça.

No início dos anos 1960, Steinberger, junto com seus colegas da Universidade de Columbia, Lederman e Schwartz, planejou um experimento marcante em física de partículas usando o acelerador do Laboratório Nacional de Brookhaven, em Nova York. Os três pesquisadores obtiveram o primeiro fluxo de neutrinos feito em laboratório – partículas subatômicas sem carga elétrica e praticamente sem massa. No processo, eles descobriram um novo tipo de neutrino chamado neutrino do múon. Os feixes de neutrinos de alta energia produzidos pelos três pesquisadores tornaram-se uma ferramenta básica de pesquisa no estudo de partículas subatômicas e forças nucleares. Em particular, o uso de tais feixes tornou possível o estudo de processos de decaimento radioativo envolvendo a força nuclear fraca, ou interação fraca, uma das quatro forças fundamentais na natureza.

LEIA
https://www.britannica.com/biography/Jack-Steinberger

AUTOBIOGRAFIA
https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1988/steinberger/biographical/

Nasci em Bad Kissingen (Franconia) em 1921. Naquela época, meu pai, Ludwig, tinha 45 anos. Ele era um dos doze filhos de um “Viehhändler” rural (pequeno negociante de gado). Desde os dezoito anos era cantor e professor religioso da pequena comunidade judaica, trabalho que ainda exercia quando emigrou em 1938. Ele era solteiro até retornar de quatro anos de serviço no Exército Alemão no Primeiro Mundo. Guerra. Minha mãe nasceu em Nuremberg, filha de um comerciante de lúpulo, e era quinze anos mais nova. Incomum para sua época, ela teve o benefício de uma educação universitária e complementou a escassa renda com aulas de inglês e francês, principalmente para os turistas que forneciam a economia do spa. A infância que compartilhei com meus dois irmãos foi simples; A Alemanha estava passando pela depressão do pós-guerra.

As coisas tomaram um rumo dramático quando eu estava entrando na minha adolescência. Lembro-me de cartazes de propaganda eleitoral nazista mostrando um rosto odioso de judeu com nariz torto e a inscrição “Die Juden sind unser Ungluck”, bem como desfiles com tochas de tropas de assalto das SA cantando “Juden Blut vom Messer fliesst de Wenn, dann geht’s noch mal so gut ”. Em 1933, os nazistas chegaram ao poder e a perseguição mais sistemática aos judeus ocorreu rapidamente. Leis foram promulgadas que excluíam as crianças judias do ensino superior nas escolas públicas. Quando, em 1934, as instituições de caridade judaicas americanas se ofereceram para encontrar um lar para 300 crianças refugiadas alemãs, meu pai se inscreveu para eu e meu irmão mais velho. Estávamos no SS Washington, com destino a Nova York, no Natal de 1934.

Devo a mais profunda gratidão a Barnett Faroll, o proprietário de uma corretora de grãos na Bolsa de Comércio de Chicago, que me recebeu em sua casa, cuidou de minha educação secundária e possibilitou a vinda de meus pais e irmão mais novo em 1938 e assim para escapar do holocausto. A New Trier Township High School, no próspero Chicago North Shore, gozava de reputação nacional e, com piscina, campos de atletismo, refeitório e excelentes professores, oferecia horizontes inimagináveis para o jovem emigrante de um pequeno alemão Cidade.

A família reunida estabeleceu-se em Chicago. Fomos ajudados a adquirir uma pequena loja de charcutaria que era a base de uma renda muito marginal, mas estávamos habituados a uma vida simples, então isso não foi problema. Pude continuar minha educação por dois anos no Armor Institute of Technology (agora Illinois Institute of Technology), onde estudei engenharia química. Eu era uma boa aluna, mas esses eram os tempos difíceis da depressão, minha bolsa chegou ao fim e era preciso trabalhar para complementar a renda familiar.

A experiência de tentar encontrar um emprego como um garoto de 20 anos sem conexões foi a mais deprimente que eu já enfrentei. Tentei encontrar qualquer emprego em um laboratório químico: me apresentava, preenchia formulários e fechava a porta desesperadamente atrás de mim. Finalmente, por meio de um benfeitor de meu irmão mais velho, fui aceito para lavar aparelhos químicos em um laboratório farmacêutico, G.D. Searl and Co., por dezoito dólares por semana. À noite, eu estudava química na Universidade de Chicago, nos fins de semana que ajudava na loja da família.

No ano seguinte, com a ajuda de uma bolsa da Universidade de Chicago, pude voltar a frequentar as aulas diurnas, para que em 1942 pudesse terminar a licenciatura em química.

Em 7 de dezembro de 1941, o Japão atacou os Estados Unidos em Pearl Harbor. Entrei para o Exército e fui enviado para o laboratório de radiação do MIT após alguns meses de introdução à teoria das ondas eletromagnéticas em um curso especial, ministrado para pessoal do Exército na Universidade de Chicago. Meu único contato anterior com a física foi no curso introdutório do segundo ano na Armour. O laboratório de radiação estava empenhado no desenvolvimento de visores de bombas de radar; Fui designado para o grupo de antenas. Entre os físicos de destaque no laboratório estavam Ed Purcell e Julian Schwinger. Os dois anos lá me ofereceram a oportunidade de fazer alguns cursos básicos de física.

Depois que a Alemanha se rendeu em 1945, passei alguns meses na ativa no Exército, mas fui liberado após a rendição japonesa, para continuar meus estudos na Universidade de Chicago. Foi um clima maravilhoso, tanto entre professores e alunos quanto entre os alunos. Os professores a quem devo a maior gratidão são Enrico Fermi, W. Zachariasen, Edward Teller e Gregor Wentzel. Os cursos de Fermi foram joias de simplicidade e clareza e ele fez um grande esforço para nos ajudar a nos tornarmos bons físicos também fora do trabalho regular em sala de aula, organizando discussões noturnas sobre uma ampla série de tópicos, onde também nos mostrou como resolver problemas. Os colegas estudantes incluíam Yang, Lee, Goldberger, Rosenbluth, Garwin, Chamberlain, Wolfenstein e Chew. Houve uma colaboração maravilhosa e sinto que aprendi tanto com esses colegas quanto com os professores .

Eu teria preferido fazer uma tese teórica, mas nada ao alcance de minhas capacidades parecia se oferecer. Fermi então me pediu para examinar um problema levantado em um experimento por Rossi e Sands sobre a interrupção de múons de raios cósmicos. Eles não encontraram o número esperado de decaimentos. Depois de corrigir as perdas geométricas, ainda faltava um fator de dois, e sugeri a Sands que isso poderia ser devido ao fato de que o elétron de decaimento tinha menos energia do que o esperado no decaimento de dois corpos, e que alguém poderia testar isso experimentalmente . Quando essa ideia não foi seguida, Fermi sugeriu que eu fizesse o experimento, em vez de esperar que um tópico teórico viesse à tona. O experimento de raios cósmicos levou menos de um ano desde sua concepção até sua conclusão, no final do verão de 1948. Ele mostrou que o múon é um decaimento de três corpos, provavelmente em um elétron e dois neutrinos, e ajudou a estabelecer o base experimental para o conceito de uma interação fraca universal.

Seguiu-se um interlúdio para tentar a teoria novamente no Instituto de Estudos Avançados de Princeton, onde Oppenheimer se tornara diretor. Foi um ano frustrante: eu não era páreo para Dyson e outros jovens teóricos reunidos lá. No final, consegui encontrar um trabalho que pudesse fazer, sobre o decaimento dos mésons via núcleons intermediários. Ainda me lembro de como Oppenheimer ficou feliz em me ver finalmente inventar alguma coisa.

Em 1949, Gian Carlo Wick, com quem fiz alguns trabalhos sobre o espalhamento de nêutrons polarizados em ferro magnetizado quando ainda era estudante de graduação na Universidade de Chicago, me convidou para ser seu assistente na Universidade da Califórnia em Berkeley. Aí as possibilidades experimentais no Laboratório de Radiação, criado por E.O. Lawrence, foram tão grandes que voltei facilmente ao meu estado selvagem, isto é, experimentação. Durante o ano lá, tive a magnífica oportunidade de trabalhar no recém-concluído síncrotron de elétrons de Ed McMillan. Isso me permitiu fazer os primeiros experimentos sobre a fotoprodução de píons (com AS Bishop) para estabelecer a existência de píons neutros (com WKH Panofsky e J. Stellar), bem como medir a vida média do píon (com O. Chamberlain, RF Mozley e C. Weigand).

Eu sobrevivi apenas um ano em Berkeley, em parte porque me recusei a assinar o juramento de lealdade anticomunista e me mudei para a Universidade de Columbia no verão de 1950. Em seu Laboratório de Nevis, a Columbia acabara de completar um ciclotron de 380 MeV; isto, pela primeira vez, ofereceu a possibilidade de experimentar com feixes de mesões T. Nos anos seguintes, explorei esses feixes para determinar os spins e paridades de píons carregados e neutros, para medir a diferença de massa pi– pi0 e estudar o espalhamento de píons carregados. Este trabalho contou com a colaboração dos Profs. D. Bodansky e A.M. Sachs, bem como de vários Ph.D. alunos: R. Durbin, H. Loar, P. Lindenfeld, W. Chinowsky e S. Lokanathan.

Todos esses experimentos utilizaram pequenos contadores cintiladores. No início dos anos 50, a técnica da câmara de bolhas foi descoberta por Don Glaser e, em 1954, por três estudantes de graduação, J. Leitner, N.P. Samios, M. Schwartz e eu começamos a estudar essa técnica que ainda não havia sido explorada para a física. Nosso primeiro esforço foi uma câmara de propano de 10 cm de diâmetro. Fizemos uma contribuição substancial para a técnica, que foi a realização de uma recompressão rápida (dentro de ~ 10 ms), de forma que as bolhas fossem recomprimidas antes que pudessem crescer e se mover para o topo. Isso permitiu a operação da câmara a uma taxa de ciclagem útil. O primeiro artigo sobre câmara de bolhas a ser publicado foi de nosso experimento no recém-construído Brookhaven Cosmotron, usando uma câmara de propano de 15 cm sem campo magnético. Produziu uma série de resultados sobre as propriedades das novas partículas instáveis (estranhas) em um nível anteriormente inatingível, e demonstrou dramaticamente o poder da nova técnica que dominaria a física de partículas pelos próximos 12 anos. Poucos meses depois, publicamos nossas descobertas em três eventos do tipo Sigma0-> Delta0 + gama, que demonstraram a existência do hyperon Sigma0 e forneceram uma medida de sua massa. Este experimento usou uma nova câmara de propano, oito vezes maior em volume e com campo magnético. Essa câmara também introduziu o uso de mais de duas câmeras estéreo, um desenvolvimento que é crucial para a análise rápida e computadorizada de eventos, e foi incorporada a todas as câmaras de bolha subsequentes.

Na década seguinte, os mesmos colaboradores, juntamente com os Profs. Plano, Baltay, Franzini, Colley e Prodell, e uma série de novos alunos, construíram mais três câmaras de bolhas: uma câmara H2 de 12 ″, bem como câmaras de propano e H2 de 30 ″, desenvolveram as técnicas de análise e realizaram uma série de experimentos para esclarecer as propriedades das novas partículas. Os experimentos de que me lembro com mais prazer são:

a demonstração de violação da paridade na decadência D, 1957;
o demônio estração da decadência ß do píon, 1958;
a determinação da paridade p0 com base na correlação angular na dupla conversão interna dos raios g, 1962;
a determinação das larguras de decaimento w e j (tempos de vida), 1962;
a determinação da paridade relativa S0 – D0, 1963;
a demonstração da validade da regra DS = DQ em K0 e em decaimentos de hyperon, 1964.

Esta longa cadeia de experiências de câmara de bolhas, nas quais também apreciei e apreciei a colaboração de dois grupos italianos, o grupo de Bolonha de G. Puppi e o grupo de Pisa de M. Conversi, foi interrompida em 1961 para atuar em a sugestão de Mel Schwartz, e com G. Danby, JM Gaillard, D. Goulianos, L. Lederman e N. Mistri, o primeiro experimento usando um feixe de neutrino de alta energia agora reconhecido pelo Prêmio Nobel, e descrito no artigo de M. Schwartz.

Em 1964, a violação do CP foi descoberta por Christensen, Cronin, Fitch e Turlay. Logo depois, me encontrei em licença sabática no CERN, e propus, junto com Rubbia e outros, procurar a interferência entre as amplitudes K0s e K0L na dependência do tempo do decaimento K0. Tal interferência era esperada na explicação da violação do CP dos resultados de Christensen et al., Mas não em outras explicações que também haviam sido propostas. O experimento foi bem-sucedido e marcou o início de um conjunto de experimentos para aprender mais sobre violação de CP, que duraria uma década. O próximo resultado foi a observação da pequena assimetria de carga violadora de CP no decaimento leptônico K0L, em 1966. A medição da dependência do tempo dessa assimetria de carga, seguindo um regenerador, permitiu a determinação da fase de regeneração; isto, junto com os experimentos de interferência anteriores, rendeu, pela primeira vez, a fase de violação de CP jh + – e, em conseqüência, bem como as magnitudes observadas das amplitudes de violação de CP nos decaimentos de dois píons e leptônicos, certas verificações do modelo superfraco. O mesmo experimento também deu uma verificação mais sensível da regra DS = DQ, um ingrediente do presente modelo padrão.

Em 1968, entrei para o CERN. Charpak tinha acabado de inventar as câmaras de arame proporcionais, e esse desenvolvimento ofereceu uma maneira muito mais poderosa de estudar a decadência do K0 em que me viciei. Dois detectores idênticos foram construídos, um no CERN junto com Filthuth, Kleinknecht, Wahl e outros, e um em Columbia junto com Christensen, Nygren, Carithers e estudantes. O feixe do Columbia era longo e, portanto, não continha Ks, mas apenas KL, o feixe do CERN era curto e, portanto, continha uma mistura de Ks e KL. Estava contaminado por um grande fluxo de L0, e também era um feixe de hyperon, permitindo as primeiras medições de seções transversais de L0, bem como a excitação de Coulomb de L0 a S0, um experimento difícil e interessante realizado chicfly por Steffen e Dydak . O resultado mais importante vindo do experimento de Columbia foi a observação do raro decaimento KL -> µ + µ– com uma razão de ramificação compatível com as previsões teóricas baseadas na unitariedade. Anteriormente, um experimento de Berkeley procurou em vão por essa decadência e reivindicou um limite superior em violação da unitariedade. Como a unitariedade é fundamental para a teoria de campo, esse resultado teve certa importância.

O experimento do CERN, que se estendeu até 1976, produziu uma série de medições precisas sobre a interferência de Ks e KL nos modos de decaimento bipônico e leptônico, assim nos levando a obter resultados altamente precisos sobre os parâmetros que violam CP no decaimento K0. Acredito que o experimento foi lindo e tenho algum orgulho dele, mas os resultados foram todos de acordo com o modelo superfraco e, portanto, pouco ajudou a entender a origem da violação de CP.

Em 1972, a colaboração K0 de CERN, Dortmund e Heidelberg juntou-se a um grupo de Saclay, sob R. Turlay, para estudar as possibilidades de um experimento de neutrino no CERN SPS então em construção. O detector CDHS, uma matriz modular de discos de ferro magnetizados, contadores de cintilação e câmaras de deriva, 3,75 m de diâmetro, 20 m de comprimento e pesando 1200 t, foi projetado, construído e exposto a diferentes feixes de neutrino no SPS durante o período de 1977 a 1983. Ele forneceu um grande corpo de dados sobre as reações inclusivas da corrente carregada e da corrente neutra no ferro, o que permitiu, em primeiro lugar, eliminar uma série de resultados incorretos, por exemplo a “anomalia high-y” produzida no Fermilab, permitiu a primeira determinação precisa e correta do ângulo de Weinberg, demonstrou a existência de correntes neutras destras, forneceu medidas das funções da estrutura que deram suporte quantitativo ao modelo constituinte do quark do nucleon, e, através da evolução Q2 das funções de estrutura, deu suporte quantitativo para QCD. O estudo de eventos multimuônicos deu suporte quantitativo ao modelo GIM da corrente Cabibbo por meio de suas previsões sobre a produção de amuletos.

No experimento CDHS, tínhamos cerca de trinta físicos. Desde 1983, sou porta-voz de uma colaboração de 400 físicos envolvidos no projeto e construção de um detector para o 100 + 100 GeV e + e– Collider, LEP, que ficará pronto no CERN no início de 1989. Nesse ínterim Eu também ajudei a projetar um experimento para comparar a violação de CP na queda de dois píons carregada e neutra do K0L. Este experimento foi o primeiro a mostrar a violação “direta” de CP, um passo importante para o entendimento da violação de CP.

Em 1986, me aposentei do CERN e me tornei professor em tempo parcial na Scuola Normale Superiore em Pisa. No entanto, minha atividade principal continua como antes, em minhas pesquisas no CERN.

Sou casado com Cynthia Alff, minha ex-aluna e agora bióloga, e temos dois filhos maravilhosos, Julia, de 14 anos, e John, de 11 anos. De um casamento anterior com Joan Beauregard, existem dois filhos excelentes, Joseph Ludwig e Richard Ned.

Toco flauta, infelizmente não muito bem, e tenho gostado de tênis, montanhismo e vela, apaixonadamente.

Esta autobiografia / biografia foi escrita na época do prêmio e publicada pela primeira vez na série de livros Les Prix Nobel. Posteriormente, foi editado e republicado em Palestras Nobel. Para citar este documento, sempre indique a fonte conforme mostrado acima.

Adendo, junho de 2005

Em 1988, fui o porta-voz de uma colaboração de cerca de 350 físicos, preparando o detector que chamávamos de ALEPH, que havíamos começado a planejar em 1981, para o colisor elétron-pósitron do CERN então em construção chamado LEP, e que começou a operar em 1989. Ao todo, cerca de 1.500 físicos participaram, usando quatro desses detectores. Os resultados do LEP dominaram a física do CERN, talvez do mundo, por uma dúzia ou mais anos, com medições cruciais e precisas, que confirmaram o Modelo Padrão das interações fortes e eletro-fracas unificadas. O cenário da física mudou muito desde a época de meu experimento de tese em 1948, que eu poderia fazer sozinho. Por algum tempo pude ajudar, como gerente, mas também contribuindo no projeto do detector e na análise física. Isso acabou em 1995, em parte porque eu não tinha novas idéias sobre a física que poderíamos aprender, e em parte porque os desafios se tornaram cada vez mais técnicos, especialmente no uso de computadores, e eu não podia competir com a geração mais jovem.

Desde aquela época, tenho gostado de aprender cosmologia e astrofísica, e acompanhar seu progresso. Isso me deu muita satisfação: por um lado, envolveu ter que aprender um pouco de física básica nova para mim, física importante para a cosmologia, mas sem importância na física de partículas, como relatividade geral e hidrodinâmica, por outro lado, esses foram anos espetaculares em astrofísica, com a descoberta em 1992, e continuamente melhorando os resultados observacionais, das inomogeneidades da radiação cósmica de fundo em micro-ondas, que dão um mapa totalmente novo do universo, em um momento muito anterior às estrelas ou galáxias, muito mais simples e, portanto, muito mais fácil para aprender e com mais precisão. Ainda venho ao CERN, os 10 km de bicicleta, todos os dias e às vezes gosto de tentar aprender algo novo.
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Jack Steinberger morreu em 12 de dezembro de 2020.