Презентация - Чарльз Таунс нобелевский лауреат

Слайд 1

Чарлз Таунс нобелевский лауреат

Слайд 2

Чарлз Хард Таунс 
(28 июля 1915 г. - 27 января 2015 г.)

Слайд 3

Американский физик Чарлз Хард Таунс родился в Гринвилле (штат Южная Каролина). Он был четвертым из шести детей Генри Кейта Таунса, адвоката, и Эллен Самтер (в девичестве Хард) Таунс.

Слайд 4

Обнаружив блестящие способности в школе и перескочив через седьмой класс, он поступил в Фурманский университет в Гринвилле в 16-летнем возрасте. 
Окончив его в 1935 г. с двойным отличием, он стал бакалавром наук в области физики и бакалавром искусств в области современных языков.

Слайд 5

В 1936 г. Таунс получил степень магистра по физике. В 1939 г. - докторскую степень в Калифорнийском технологическом институте.
Его докторская диссертация называлась «Разделение изотопов и определение спина ядра углерода-13» («The Separation of Isotopes and the Determination of the Spin of the Nucleus of Carbon 13»).

Слайд 6

Последовавшая за этим работа в лабораториях телефонной компании Bell (позже станет называться AT&T) была посвящена в основном разработкам новых радаров и фактически заложила основу его будущего увлечения когерентными источниками излучения.

Слайд 7

В 1948 г. Таунс был назначен адъюнкт-профессором физики в Колумбийском университете. Он стал исполнительным директором университетской радиационной лаборатории в 1950 г., возглавлял физический факультет с 1952 по 1955 г. и оставался в университете полным профессором до 1961 г.

Слайд 8

Выполняя научные исследования в Колумбийском университете, Таунс понял, что поглощение микроволн может служить основой для новой техники – микроволновой спектроскопии, позволяющей определять строение молекул.

Слайд 9

В конце XIX – начале XX в. физики установили, что у молекул и атомов энергия принимает дискретные значения и наименьшее из энергетических состояний, или уровней, называется основным состоянием. Множество «допустимых» уровней индивидуально для конкретного атома или молекулы.

Слайд 10

Энергия связана с конфигурациями и движением электронов вокруг ядра атома. Точно так же и электромагнитное излучение в виде, например, тепла, радиоволн или света состоит из дискретных пучков энергии (фотонов), величина которой пропорциональна частоте волн.

Слайд 11

Атом или молекула могут поглотить фотон, энергия которого равна разности между двумя уровнями, и подняться в результате на более высокий энергетический уровень. В этом случае говорят, что атом находится в возбужденном состоянии. Возбужденные атомы или молекулы обладают, следовательно, избыточной энергией. Вскоре после возбуждения они переходят на более низкий энергетический уровень спонтанным образом, выделяя энергию в виде фотона, равную разности между двумя уровнями. 

Слайд 12

В 1917 г. Альберт Эйнштейн открыл индуцированное излучение, третий процесс при взаимодействии излучения с материей в дополнение к поглощению и спонтанному излучению. В этом процессе возбужденные атомы или молекулы, подверженные воздействию излучения, энергия фотонов которого соответствует разности между возбужденным и основным уровнями, немедленно возвращаются в основное состояние, испуская фотоны, неотличимые от тех, которые стимулировали этот возврат.

Слайд 13

Таунс понял, что индуцированное излучение дает способ освобождения избытка энергии возбужденных молекул путем усиления излучения, вызвавшего такое освобождение. Для того чтобы это осуществить, было необходимо получить большое количество возбужденных молекул, сравнимое с количеством молекул, находящихся в основном состоянии. Таунс нашел практический способ для осуществления подобного замысла с помощью положительной обратной связи в резонансном контуре, сходном по сути с осцилляторами, генерирующими радиоволны в радиопередатчиках.

Слайд 14

Николай Басов и Александр Прохоров (СССР) пришли независимо к аналогичным выводам. 

Слайд 15

Таунс вместе с аспирантами Колумбийского университета построил работающий прибор в декабре 1953 г. и назвал его «мазер» – сокращение от английского выражения microwave amplification by stimulated emission of radiation: микроволновое усиление с помощью индуцированного (стимулированного) излучения. 

Слайд 16

Упрощенная схема первого мазера

Слайд 17

Вскоре выяснилось, что мазеры обладают столь стабильной частотой, что могут служить высокоточными часами. С помощью двух мазеров Таунс и его коллеги проверили и подтвердили специальную теорию относительности Эйнштейна, причем эту проверку позже назвали наиболее точным физическим экспериментом в истории.

Слайд 18

В 1958 г. Таунс и его шурин Артур Л. Шавлов сформулировали требования, которые необходимо выполнить, чтобы построить мазер, действующий в более высокочастотной области, соответствующей инфракрасному, видимому и ультрафиолетовому свету. Два года спустя американский физик Теодор Мейман построил такой прибор, излучавший красный свет, в котором в качестве резонансной полости использовался стержень из искусственного рубина с зеркальными концами, а возбуждаемыми атомами служили атомы хрома, вкрапленные в рубин.

Слайд 19

Этот прибор назвали лазером от английского выражения light amplification by stimulated emission of radiation – световое усиление с помощью индуцированного (стимулированного) излучения. Дальнейшее развитие лазеров носило лавинообразный характер, приведя к образованию новой области, получившей название квантовой электроники. Ныне лазеры используются в связи, машиностроении, медицине, инструментальных и измерительных приборах, в искусстве и в военных областях.

Слайд 20

В 1964 г. Таунс разделил Нобелевскую премию по физике с Николаем Басовым и Александром Прохоровым «за фундаментальную работу в области квантовой электроники, которая привела к созданию осцилляторов и усилителей, основанных на мазерно-лазерном принципе».

Слайд 21

С 1959 по 1961 г. Таунс был вице-президентом и директором по науке Института оборонных исследований, занимающегося вопросами обороны, стратегии и системами вооружений. В 1961 г. он занял пост проректора и профессора физики Массачусетского технологического института, а в 1966 г. был назначен университетским профессором физики в Калифорнийском университете в Беркли.

Слайд 22

В Калифорнийском университете Таунс и его коллеги в области инфракрасной и микроволновой астрономии открыли первые многоатомные молекулы в межзвездном пространстве, а именно молекулы аммиака и воды. Он также ввел новые современные методы инфракрасного детектирования, использующие лазерные осцилляторы, в астрономическую спектроскопию и интерферометрию. Эта работа привела к созданию в 1987 г. системы передвижных инфракрасных телескопов.

Слайд 23

В 1941 г. Таунс женился на Фрэнсис Браун. У них четыре дочери. Любитель-натуралист, Таунс увлекался музыкой, языками, подводным плаванием и путешествиями.

Слайд 24

Чарлз Таунс скончался в возрасте 99 лет 27 января 2015 года.

Слайд 25

Кроме Нобелевской премии, Таунс получил премию Комстока американской Национальной академии наук (1959); медаль Стюарта Баллантайна Франклиновского института (1959, 1962); премию по электронике Дэвида Сарноффа Американского электротехнического института (1961); медаль Джона Карти американской Национальной академии наук (1962);

Слайд 26

почетную медаль за общественную деятельность, присуждаемую НАСА (1969); международную золотую медаль Нильса Бора Датского общества инженеров – строителей, электриков и механиков (1979) и Национальную медаль «За научные достижения» Национального научного фонда (1982).