Эрнест Томас Синтон Уолтон

Краткая биография

Жизнь и работа

Эрнест Томас Синтон Уолтон родился 6 октября 1903 года в Дангарване, графство Уотерфорд, Ирландия. Он вырос в семье методистского священника и учился в нескольких школах, поскольку работа отца требовала частых переездов. В 1922 году Уолтон поступил в Trinity College Dublin, где изучал математику и экспериментальную физику и показал себя особенно сильным экспериментатором.

После аспирантуры в Дублине он получил возможность работать в Кавендишской лаборатории Кембриджского университета под руководством Эрнеста Резерфорда. К концу 1920-х годов ядерная физика столкнулась с серьёзной технической проблемой: положительно заряженные частицы отталкиваются от положительно заряженного атомного ядра. Чтобы вызвать ядерную реакцию, нужно было придать частицам достаточно энергии, а существующие источники давали слишком слабые или плохо контролируемые пучки.

Уолтон и Джон Кокрофт разработали установку, которая могла создавать высокое постоянное напряжение и ускорять протоны. Её ключевой частью был каскадный умножитель напряжения, позднее получивший название генератора Кокрофта—Уолтона. В апреле 1932 года они направили ускоренные протоны на литиевую мишень. Уолтон наблюдал характерные вспышки, соответствующие альфа-частицам.

Реакция была ядерной трансмутацией: ядро лития захватывало протон и распадалось на два ядра гелия. В популярной литературе этот опыт часто называют «первым расщеплением атома». Формулировка требует уточнения. Резерфорд ещё в 1919 году продемонстрировал искусственную трансмутацию азота с помощью альфа-частиц естественного радиоактивного источника. Новизна опыта Кокрофта и Уолтона состояла в том, что ядерную реакцию впервые надёжно вызвали частицами, ускоренными искусственной установкой.

Эксперимент показал, что ускорители могут стать рабочим инструментом ядерной физики. Вместо зависимости от естественных радиоактивных источников исследователь мог создавать направленный пучок частиц с контролируемой энергией. Эта логика лежит в основе огромного семейства ускорителей, от лабораторных установок до современных коллайдеров.

Работа также дала важную количественную проверку соотношения массы и энергии. Энергия продуктов реакции соответствовала уменьшению массы системы в соответствии с формулой E=mc². Это было не открытие самой формулы, а одно из ранних убедительных экспериментальных подтверждений её применения к ядерным превращениям.

В 1951 году Уолтон и Кокрофт получили Нобелевскую премию по физике за пионерские работы по трансмутации атомных ядер искусственно ускоренными частицами. После работы в Кембридже Уолтон вернулся в Trinity College Dublin, где много лет преподавал и участвовал в развитии физического образования в Ирландии.

История Уолтона показывает, как фундаментальное открытие иногда зависит не от новой теории, а от создания нового инструмента. До появления ускорителя нужные процессы существовали лишь как возможность. После того как физики научились контролировать энергию и поток частиц, атомное ядро превратилось в объект систематического эксперимента.