Артур Комптон

Артур Холи Комптон ( – ) — американски физичар кој ја освоил Нобеловата награда за Физика во 1927г. за неговото откритие познато и како Комптон ефект со кој се демонстрира природата на честичките на електромагнетното значење. Тој исто така е познат и по неговото водење на металургиската лабораторија која била дел од проектот ‘‘Менхетен‘‘ а бил и канцелар на универзитетот Вашингтон во Сент Луис од 1945 до 1953.
Во 1919 Комптон добил стипендија која му овозможувала да учи и во странство па така тој се одлучил да се запише на универзитетот ‘‘Кембриџ‘‘ каде учел распрснување и апсорпција на гама-зраците. Понатамошни истражувања на ова поле довеле до откривање на Комптон ефектот. Тој употребил Х-зраци за да го истражува феромагнетизмот и заклучил дека е резултат на подреденоста на спиновите на електроните. Ги проучувал и космичките зраци и открил дека тие генерално од позитивно наелектризирани честички.
За време на втората светска војна Комптон бил една од клучните личности во проектот ‘‘Менхетен‘‘ заслужни за производство на првото јадрено оружје. Неговите извештаи биле од големо значење за започнување на проектот. Во 1942 тој е назначен за главен на металургиската лабораторија со задача да создава јадрени реактори со кои ќе претвора ураниум во плутониум, наоѓајќи притоа начин да го одвои ураниумот од плутониумот со цел да создаде атомска бомба. Плутониумот почнал за првпат да се произведува во јадрените реактори на локацијата Ханфорд, во 1945г.
По крајот на војната Комптон станува канцелар на универзитетот ‘‘Вашингтон‘‘ во Сент Луис.
1 Ран Живот
Артур Комптон е роден на 10 Септември 1982г. во Вустер, Охајо како син на Елијас Комптон и Отела Кетрин Комптон, која била прогласена за американска мајка на годината во 1939г. Тие биле академско семејство. Елијас бил декан на Вустеровиот универзитет (подоцна колеџ), на кој ќе се запише и самиот Артур. Најстариот брат на Артур, Карл Комптон, докторирал како физичар на универзитетот Принстон во 1912г. и бил претседател на МИТ од 1930г. до 1948г. Артуровиот втор брат Вилсон Комптон, докторирал како економист на универзитетот Принстон во 1916г. и бил престедател на државниот колеџ во Вашингтон од 1944г. до 1951г. Тројцата браќа се познати и како членови на Алфа Тау Омега братството.
Комптон најпрво бил заинтересиран за астрономија и успеал да ја фотографира Халеевата Комета во 1910г. Околу 1913г. тој опишал експеримент каде со набљудување на движењето на водата во кружна цевка се демонстрира ротацијата на планетата земја. Истата година дипломира на универзитетот Вустер во областа наука и се запишува на Принстон за веќе во 1914г. да стане магистер во своето поле. Комптон потоа учи за својот докторат во областа на физиката под менторство на Хервард Л. Кук, за таа цел ја напишал дизертацијата на тема ‘‘Интензитетот на рефлексија на Х-зраците и дистрибуција на електроните во атомите‘‘.
Кога станал доктор по физика во 1916г., Комптон заедно со неговите браќа Карл и Вилсон станале првата група од тројца браќа кои докторирале на Принстон. Подоцна тие ќе станат и првото такво трио кое ќе застане на чело на американски колеџи. Во Јуни 1916г. Комптон се оженил со Бети Черити Меклоски, негова поранешна соученичка од Вустер. Тие имале два сина, Артур Алан Комптон и Џон Џозеф Комптон.
Комптон поминал една година како инструктор по физика на универзитетот во Минесота од 1916г. до 1917г., потоа две години бил инженер во Вестингхаус (оддел за светилки) во Питсбург каде работел на создавањето на натриумова светилка. За време на првата светска војна тој создал авионска инструментација за американските специјални единици.
Во 1919г. Комптон добил стипендија со која решава да се запише на Кембриџ, поточно во лабораторијата Кевендиш. Комптон го изучувал распрснувањето и апсорпцијата на гама-зраците. Тој забележал дека распрснатите зраци биле полесно впиени отколку оригиналниот извор. Комптон бил пријатно изненаден од научниците во Кевендиш, посебно од Ернест Радерфорд, Чарлс Галтон Дарвин и Артур Едингтон.
Одредено време Комптон бил и свештеник во баптистичка црква.
2 Професор по физика
2.1 Комптонов ефект
По враќањето во САД Комптон бил назначен на чело на одделот за физика на унирвезитетот Вашингтон во Сент Луис во 1920г. Во 1922г. тој открил дека квантните Х-зраци распрснати од страна на слободни електрони имаат поголеми бранови должини и, во согласност со Планковата релација, помалку енергија отколку надоаѓачките Х-зраци. Ова откритие, познато како ‘‘Комптонов ефект‘‘ или ‘‘Комптоново распрснување‘‘, го прикажало концептот на честичките во електромагнетното зрачење.
Во 1923г. публикувал статија во списанието "Physical Review" каде што го објаснува поместувањето на Х-зраците припишувајќи им сличен момент како на фотоните во фото-електричниот ефект на Ајнштајн. Во својата статија Комптон ја прикажал и математичката релација помеѓу поместувањето на брановата должина и аголот на распрснување на Х-зраците, под претпоставка дека секој фотон од распрснатиот Х-зрак стапува во интеракција со еден електрон. Релацијата е следната:
:<math>\lambda' - \lambda = \frac{h}{m_e c}(1-\cos{\theta}),</math>
каде
:<math>\lambda</math> е почетната бранова должина,
:<math>\lambda'</math> е брановата должина по распрснување,
:<math>h</math> е Планкова константа,
:<math>m_e</math> е маса на електронот во мирување,
:<math>c</math> е брзина на светлината, и
:<math>\theta</math> аголот на распрснување.
Величината е позната како Комптонова бранова должина на електронот и е еднаква на . Поместувањето на брановата должина е помеѓу нула (за ) и двојно од Комптоновата бранова должина на електронот (за ). Тој открил дека некои Х-зраци не добивале поместување на брановата должина иако биле распрснати под големи агли, во сите случаи фотонот не успевал да исфрли електрон. Исто така магнитудата на поместувањето не е поврзана со Комптоновата бранова должина на електронот туку, со Комптоновата бранова должина на целиот атом која може да биде до 10.000 пати помала. Ова негово откритие ќе му ја донесе и Нобеловата награда за Физика во 1927 г.
2.2 X-зраци
Во 1923г., Комптон се преместил на универзитетот во Чикаго како професор по физика, позиција која ќе ја задржи во следните 22 години. Во 1925г. тој докажал дека распрснувањето на 130.000 волти Х-зраци од првите 16 елементи во периодниот систем( од водород до сулфур ) се поларизирани, резултат предвиден од страна на Џ.Џ.Томсон. Вилијам Дјуен од универзитетот Харвард се обидел да го побие Комптоновиот ефект но напротив тој нашол нови докази дека Комптон е во право што тој во 1924г. и самиот го признал.
Комптон го истражувал ефектот на Х-зраците врз јадрата на натриум и хлор во сол. Тој користел Х-зраци за да го истражува феромагнетизмот, заклучувајќи дека тој е резултат на подреденоста на спиновите на електроните. Во 1926г. станал советник во одделот за лампи на компанијата General Electric. Во 1934г. тој се вратил во Англија и работел како повремен професор на Оксфорд. Во овој период тој добил понуда од General Electric да ја следи работата на нивната лабораторија во Вембли. Таму Комптон бил заинтригиран од можностите за истражување во областа на флуоросцентните ламби, неговото интересирање подоцна ќе доведе до произведување на истите.
Комптоновата прва книга ‘‘X-rays and electrons‘‘ била издадена во 1926г. Тој ја ревизира својата книга со помош на Семјуел К. Алисон за во 1935г. да ја издаде ‘‘X-rays in theory and Experiment‘‘.
2.3 Космички зраци
Веќе во раните 30-ти години на 20 век Комптон бил заинтересиран и за космичките зраци. Нивното постоење било познато но околу нивната природа и потекло имало разни шпекулации. Нивното присуство може да биде детектирано со сферична ‘‘бомба‘‘ која содржи воздух или гас-аргон под притисок, мерејќи ја електричната кондуктивност. Патувањата низ Европа, Индија, Мексико, Перу и Австралија му овозможиле на комптон да ги измери космичките зраци на различни надморски височини и географски ширини. Заедно со други групи кои спроведувале истражувања со иста цел, Комптон заклучил дека космичките зраци се 15 проценти поинтензивни на половите отколку на екваторот. Комптон ова му го припишал на тоа што космичките зраци се примарно изградени од наелектризирани честички а не од фотони како што претпоставувал Роберт Миликан, а ефектот на географската ширина и го припишал на магнетното поле на земјата.
3 Проектот Менхетен
Во Април 1941г., Ваневар Буш кој бил на чело на Истражувачкиот Комитет за Национална Безбедност, формирал специјален комитет на чело со Комптон кој требало да известува за истражувањето за ураниум. Комптоновиот во својот извештај кој бил предаден во 1941г. ја видел можноста за произведување на радилошки оружја, јадрени погони за бродови и јадрени оружја користејќи ураниум-235 или скоро откриениот плутониум. Во Октомври тој напишал уште еден извештај во врска со практичноста на јадрената бомба. За овој извештај работел заедно со Енрико Ферни на пресметките за критичната маса на ураниум-235, конзервативно пресметувајќи ја помеѓу 20 килограми и 2 тона. Тој исто така дискутирал за предностите на збогатениот ураниум со Харолд Уреј, со Јуџин Вигнер за тоа како плутониумот може да биде произведен во јадрен реактор и со Роберт Сербер за тоа како плутониумот произведен во реактор би можел да биде одделен од ураниумот. Неговиот извештај, поднесен во ноември вели дека е можно да се произведе бомба иако Комптон бил повеќе конзервативен во врска со нејзините разорни моќи за разлика од Марк Олифант и своите британски колеги.
Во последниот извештај на Комптон не се споменува употреба на плутониум но по разговорот со Ернест Лоренс во врска со најновите откритија Комптон бил убеден дека плутониумските бомби се исто така можни. Во декември Комптон бил назначен на чело на проектот за плутониум. Тој се надевал дека ќе добие контролирана ланчана реакција до Јануари 1943г. и да произведе бомба до Јануари 1945г. За да успее во своите намери тој формирал истражувачки групи на универзитетот Колумбија, универзитетот Принстон и универзитетот на Калифорнија кои го истражувале плутониумот и работеле на дизајн на јадрен реактор.Овие тимови заедно ја формирале т.н. металургиската лабораторија на чие чело стоел Комптон. Нивна цел била да создадат реактори кои ќе го претворат ураниумиот во плутониум, да најдат начин хемиски да го одвојат плутониумот од ураниумот и да дизајнираат и произведат атомска бомба.
Во јуни 1942г. Комптоновата металургиска лабораторија станува дел од Менхетен проектот. Истиот месец Комптон му ја дал на Роберт Опенхајмер одговорноста за дизајнот на бомбата. Сепак одлуката била на Комптон кој од различните типови на реактори кои биле осмислени од страна на научниците во металургиската лабораторија треба да се изгради.
Кога поради разни несогласувања била одложена изградбата на новиот дом на металургиската лабораторија во Ред Гејт Вудс, Комптон се одлучил да го изгради јадрениот реактор Chicago Pile-1. Под водство на Енрико Ферни овој проект западнал во потешкотии во декември 1942г. Комптон организирал фирмата Малинкрод да се занимава со прочистувањето на ураниумот а Дупонт со градење на фабриките каде би се прочистувал тој плутониум.Голема криза за програмот се појавила во јули 1943г. кога групата на Емилио Сегре потврдила дека плутониумот создаден во Х-10 графитниот реактор во Оук Риџ содржи виоско ниво на плутониум-240 со што била исклучена идејата за создавање на јадрено оружје во вид на пиштол. Опенхајмеровата лабораторија во Лос Аламос успеала да создаде јадрено оружје со механизам на имплозија.
Во 1944г. бил пуштен во употреба и првиот реактор на чие отворање присуствувал и самиот Комптон. Плутониум почнал да се транспортира во Лос Аламос веќе во 1945г. За време на војната Комптон имал позиција на значаен советник. Во 1945г. заедно со Лоренс, Опенхајмер и Ферни бил дел од научниот совет кој препорачал воена употреба на атомско оружје против Јапонија. Комптон бил награден со медал за своите заслуги во проектот Менхетен.
4 Враќањето на универзитетот Вашингтон
По крајот на војната Комптон се вратил на универзитетот Вашингтон во Сент Луис каде во 1946г. бил инагуриран како деветти канцелар на универзитетот. Неговата репутација и врски во научните кругови му овозможиле да регрутира многу познати и реномирани истражувачи на универзитетот. Комптон бил често критикуван, како тогаш така и сега, околу неговото противење во врска со расната интеграција на универзитетот. Комптон се пензионирал од својата позиција на канцелар во 1954г. а целосно се пензионирал во 1961г. Во 1956г. е публикувана неговата книга Atomic Quest која претставува негово лично искуство како дел од проектот Менхетен.
5 Смрт и наследство
Копмтон починал во Беркли, Калифорнија од мозочен удар на 15 Март 1962г. Погребан е на гробиштата Вустер во Охајо.
Комптон добил многу награди вклучувајќи ја Нобеловата награда за Физика во 1927г., златниот медал Матучи во 1933г., Хјузовиот медал и Бенјамин Френклин медалот во 1940г. Тој е комемориран на различни начини. По неговото име е наречен кратер на месечината како и одел за истражување од областа на физиката на универзитетот Вашингтон во Сент Луис. Универзитетот на Чикаго ја претворил куќата во која тој живеел од 1920г. до 1945г. во национално историско обележје. Комптон исто така има ѕвезда на Сент Луиосовата Патрка на Славата. Опсерваторијата за гама-зраци на НАСА е именувана по Комптон.