Клінтон Дэвиссон

Фотографія Клінтон Дэвиссон (photo Klinton Davisson)

Klinton Davisson

  • День народження: 22.10.1881 року
  • Вік: 76 років
  • Місце народження: Блумінгтон, США
  • Дата смерті: 01.02.1958 року
  • Громадянство: США

Біографія

Американський фізик Клінтон Джозеф Дэвиссон народився в Блумінгтоні (штат Іллінойс). Він був одним з двох дітей і єдиним сином підрядника малярних робіт Джозефа Дэвиссона і шкільної вчительки Мері (Калверт) Дэвиссон. Д. закінчив блумингтонскую середню школу у 1902 р. Під час навчання в Чиказькому університеті він виявив настільки видатні здібності до фізики, що в середині 1903/04 навчального року один з його професорів, Роберт А. Міллікен, рекомендував Д. на місце померлого викладача фізики в Університеті Пердью. У 1904 р. Д. повернувся в Чикаго і в наступному році став викладачем фізики Прінстонського університету. За чотири літні сесії в Чиказькому університеті Д. до 1908 р. завершив дисертацію і отримав ступінь бакалавра наук.

У Прінстоні Д. працював асистентом англійського фізика Оуена У. Річардсона, який став керівником його докторської дисертації. У 1911 р. Д. завершив докторську дисертацію з фізики і магістерську з математики. Дисертація називалася «Про тепловому випущенні позитивних іонів гарячими тілами» («On the Thermal Emission of Positive Ions From Hot Bodies») і відносилась до області термоионной емісії. Річардсон придумав цей термін для позначення всього кола явищ, пов’язаних з випусканням електрично заряджених частинок гарячими тілами.

У роки навчання в коледжі, і в університеті Д. практично не користувався чиєїсь матеріальною підтримкою. У серпні 1911 р. він одружився на сестрі Річардсона Шарлотті Сарі. У Дэвиссонов народилося четверо дітей. Коли Д. став асистент-професором в Технологічному інституті Карнегі, подружжя Дэвиссонов переїхала в Пітсбург. Викладацька навантаження Д. була настільки велика, що за шість років йому вдалося реалізувати лише один свій задум і опублікувати отримані результати.

Коли Сполучені Штати вступили в першу світову війну (1917), Д. спробував записатися добровольцем в армію, але був відкинутий медичною комісією. Він був надзвичайно тендітного додавання, і, хоча на здоров’я зазвичай не скаржився, що йому доводилося економити сили, запас яких був явно обмежений.

Взявши на час війни відпустку без збереження змісту в Технологічному інституті Карнегі, Д. перейшов на роботу в інженерний департамент фірми «Вестерн електрик», де зайнявся розробкою електронних ламп для потреб армійських засобів зв’язку. Такі лампи працюють як свого роду електронні клапани, дозволяючи регулювати потік електронів від розжареної нитки до позитивно зарядженої металевої пластині. Напруга, що подається на металеву сітку, розташовану між ниткою і пластиною, що дозволяє модулювати потік електронів. Незважаючи на те, що дослідження, що проводяться у військових цілях, забирали багато сил і часу, Д. примудрявся працювати і над проблемами фундаментальної фізики. Невдовзі він здобув репутацію винахідливого і тонкого експериментатора, вміє долати будь-які труднощі. По закінченні війни Д. продовжував працювати в інженерному департаменті «Вестерн електрик», що став згодом фірмою «Белл телефон лабораторіз».

У «Вестерн електрик» Д. займався дослідженням термоионной емісії та емісії електронів з металів при бомбардуванні поверхні електронами. Він намагався з’ясувати механізми емісії електронів з розпечених ниток в електронних лампах. Якщо нитка або її покриття оксидами металів, яка збільшує эмитирующую здатність, перестають функціонувати, то електронна лампа прилад стає даремною. Дослідження Д. допомогли збільшити строк служби електронних ламп.

У нових, більш складних електронних лампах з проміжними металевими сітками первинні електрони, які летять від нитки до адміністратора пластині, мали дуже велику енергію і, бомбардуючи сітки, индуцировали емісію вторинних електронів, що погіршувало роботу електронних пристроїв. У 1919 р. Д. приступив до дослідження взаємодії електронів з поверхнею металів. Він направляв на поверхню електронний пучок і вимірював швидкість, енергію і кути вильоту испущенных поверхнею вторинних електронів. Разом зі своїм співробітником Ч. Р. Кунсманом Д. провів вимірювання розсіювання електронів поликристаллическими металами (звичайний, комерційно доступний метал складається із великої кількості дуже дрібних кристалів), але він не зумів пояснити отриманих результатів.

У 1925 р. німецький фізик Вальтер Эльзассер висловив припущення про те, що картина розсіяння може бути пояснена хвильової природою електрона. Незадовго до того французький фізик Луї де Бройль висловив гіпотезу про хвильової природи електронів. Довжина хвилі електрона, відповідно де Бройлю, обернено пропорційний його швидкості. На думку Эльзассера, при напругах, з якими працював Д., довжина хвилі електронів ставала порівняним з довжиною хвилі рентгенівського випромінювання, яке ефективно взаємодіє з атомної ґратами металевого кристала. Але оскільки Эльзассеру не вдалося підтвердити свою гіпотезу експериментально, Д. не прийняв її.

В 1925 р. під час експерименту з розсіювання електронів нікелева мішень, яку використовували Д. і Лестер X. Джермер, в результаті порушення вакууму зазнала сильного окислення. Щоб видалити оксид нікелю, експериментатори запалили мішень спочатку у водні, а потім у вакуумі. Фокусуючи пучок високошвидкісних електронів на різних гранях кристалічної нікелевої мішені, вони вимірювали число електронів, відбитих під різними кутами. Спочатку електрони відбивалися пружно, як гумові м’ячі відскакують від твердої стінки. Але після змін у структурі кристалічної мішені, викликаних температурною обробкою, розподіл розсіяних електронів виявилася сильна залежність від орієнтації кристала. Д. і Джермер, приписавши змінилося кутове розподіл розсіяних електронів дифракції електронів на мішені, яка на цей раз була не з безлічі дрібних, а з декількох великих кристалів нікелю, досліджували розсіяння електронів на монокристалічних мішенях.

На проведеному в 1926 р. на зборах Британської асоціації заохочення наук Д. обговорив результати своїх експериментів з Максом Борном, Джеймсом Франком та П. М. С. Блэкеттом. Ті переконали його в правильності пояснення, запропонованого Эльзассером, і в тому, що спостережувані ним картини розсіяння електронів обумовлені взаємодією хвиль де Бройля. По поверненні у свою лабораторію Д. почав систематичний пошук явищ, пов’язаних з інтерференцією хвиль де Бройля. У січні 1927 р. він спостерігав пучки електронів, що виникають при дифракції на монокристалі нікелю. Експериментальні результати дали чудове підтвердження пророкувань хвильової теорії речовини (в даному випадку електронів) де Бройля.

Д. і Дж.П. Томсону була присуджена Нобелівська премія з фізики 1937 р. «за експериментальне відкриття дифракції електронів на кристалах». Обидва лауреати довели існування одного і того ж явища, хоча Томсон працював незалежно та використовував інші методи. При врученні премії Ханс Плейель з Шведської королівської академії наук зазначив, що досягнення Д. і Томсона не тільки «розширили… наше знання природи електронів», але і «призвели до… першого позитивного, експериментального доказу хвильової природи матерії».

У наступні роки Д. обратилсяк дослідженнями в області електронної оптики, особливо його цікавили її технічні проблеми. Проведені ним дослідження взаємодії електронних пучків з електричними і магнітними полями у просторі сприяли винаходу Ернстом Руської в 1939 р. електронного мікроскопа.

Більш пізні роботи Д. щодо застосування електронних пучків у фізиці кристалів призвели до створення засобів дослідження структури поверхні і ряду хімічних приладів. Отримані Д. результати знайшли застосування при створенні мікрохвильових джерел, використовуваних в радарах, кварцових генераторах і різних областях фізики.

Разом з чотирма своїми дітьми подружжя Дэвиссоны любили проводити літо в своєму будинку в Брукліні (штат Мен), який Деві, як називали Д. друзі, побудував своїми руками. Там він здійснював далекі прогулянки, читав, грав у теніс, ходив у театр і розмірковував над проблемами теоретичної фізики. Д. належав до числа тих небагатьох фізиків, які мають досвід роботи в промисловості, які не виявляли ні найменшої схильності до адміністративної роботи або лідерства. Його внутрішнім стимулом було прагнення до повного і точного пізнання досліджуваного явища. Протягом усіх років його роботи в промисловості колеги не раз приходили до Д., щоб обговорити проблеми, терміново вимагали рішення, і майже ніколи не йшли без ідей, які суттєво просували їх на шляху до досягнення мети.

Після відходу у відставку з «Белл лабораторіз» в 1946 р. Д. став запрошеним професором в Університеті штату Віргінія і залишався на цьому посту до 1954 р. Він помер уві сні 1 лютого 1958 р. в Шарлоттесвилле (штат Віргінія).

Д. був членом багатьох наукових товариств, у тому числі Національної академії наук та Національної ради з наукових досліджень США. Був удостоєний премії Комстока американської Національної академії наук (1928), медалі Еліота Крессона Франклиновского інституту (1931), медалі Хьюза Лондонського королівського товариства (1935), медалі для випускників Чиказького університету (1941). Він складався почесним доктором наук Університету Пердью, Принстонського університету, університету Лайонз та коледжу Колбі.