Артур Макдональд¶

Артур Макдональд (англ. Arthur B. McDonald; род. 29 августа 1943, Сидней, Новая Шотландия, Канада) — канадский физик-ядерщик, лауреат Нобелевской премии по физике 2015 года (совместно с Такааки Кадзитой) за открытие осцилляций нейтрино, которое доказало, что эти частицы обладают массой. Профессор Королевского университета в Кингстоне (Канада), директор лаборатории подземной нейтринной обсерватории Садбери (SNO).

¶Биография

Артур Брюс Макдональд родился 29 августа 1943 года в городе Сидней, провинция Новая Шотландия, Канада. Его отец был учителем, мать — домохозяйкой. Детство провёл в небольшом шахтёрском городке Глейс-Бей, где рано проявил интерес к естественным наукам.

В 1964 году получил степень бакалавра наук по физике в Университете Далхаузи (Галифакс). В 1965 году — степень магистра в том же университете. Докторскую диссертацию защитил в 1969 году в Калифорнийском технологическом институте (США) под руководством Чарльза Барнса, посвящённую экспериментам по ядерной спектроскопии.

После защиты работал в Чок-Риверской лаборатории (Канада) в составе группы по исследованию ядерной структуры. В 1982 году перешёл в Принстонский университет (США), где занимался разработкой детекторов для поиска двойного бета-распада и тёмной материи. В 1989 году вернулся в Канаду и стал профессором Королевского университета в Кингстоне, где возглавил кафедру физики элементарных частиц.

¶Научные достижения

¶Проблема солнечных нейтрино

В 1960–1970-х годах эксперименты по регистрации нейтрино от Солнца (например, в Хоумстейкской шахте, США) систематически фиксировали поток нейтрино в 2–3 раза ниже предсказаний стандартной солнечной модели. Этот феномен получил название «проблема солнечных нейтрино». Выдвигались гипотезы о неполноте модели Солнца или о неизвестных свойствах самих нейтрино.

¶Эксперимент SNO

В 1990-х годах под руководством Артура Макдональда была разработана и построена Садберийская нейтринная обсерватория (SNO) — подземный детектор, расположенный в шахте по добыче никеля в Садбери (Онтарио, Канада) на глубине около 2 км. Основным рабочим веществом служила тяжёлая вода (D₂O) объёмом 1000 тонн, окружённая массивом фотоумножителей.

Главное преимущество SNO заключалось в способности регистрировать все три типа нейтрино (электронные, мюонные и тау-нейтрино) одновременно, а не только электронные, как в предыдущих экспериментах. Это достигалось за счёт трёх различных процессов взаимодействия нейтрино с ядрами дейтерия:

• заряженный ток (чувствителен только к электронным нейтрино);
• нейтральный ток (чувствителен ко всем типам);
• упругое рассеяние (чувствительно к электронным и частично к мюонным/тау-нейтрино).

В 2001–2002 годах коллаборация SNO опубликовала результаты, показавшие, что суммарный поток нейтрино всех типов соответствует предсказаниям солнечной модели, а недостаток электронных нейтрино объясняется их превращением (осцилляциями) в другие типы по пути от Солнца к Земле. Это открытие окончательно подтвердило, что нейтрино обладают ненулевой массой, и разрешило многолетнюю проблему солнечных нейтрино.

¶Нобелевская премия

В 2015 году Нобелевская премия по физике была присуждена Артуру Макдональду и Такааки Кадзите (за эксперимент Super-Kamiokande) «за открытие осцилляций нейтрино, которое показывает, что нейтрино имеют массу». В своей нобелевской лекции Макдональд подчеркнул, что результат стал возможен благодаря международному сотрудничеству и многолетней работе сотен учёных и инженеров.

¶Другие проекты и награды

После завершения SNO Макдональд участвовал в создании следующего поколения нейтринных экспериментов, в том числе SNO+ (замена тяжёлой воды на жидкий сцинтиллятор для поиска двойного бета-распада) и проекта DEAP-3600 (поиск тёмной материи). Он также входил в научные советы Канадского института ядерной физики и Национальной лаборатории TRIUMF.

Среди наград:

• Медаль Генри Маршалла Тори (2006);
• Премия Бруно Росси Американского физического общества (2006);
• Компаньон ордена Канады (2016);
• Медаль Фарадея (2016).

¶Личная жизнь

Артур Макдональд женат на Джанет Смит, имеет двух детей. Известен как увлечённый яхтсмен и лыжник. В свободное время занимается столярным делом. В интервью неоднократно отмечал, что важнейшим качеством для учёного считает настойчивость и готовность к долгосрочной работе без немедленных результатов.

¶Критика и контекст

Открытие осцилляций нейтрино стало одним из важнейших прорывов в физике элементарных частиц конца XX — начала XXI века. Оно потребовало пересмотра Стандартной модели, в которой нейтрино изначально считались безмассовыми. Вместе с тем, некоторые физики (например, Джон Бакалл) указывали на необходимость более точного измерения параметров осцилляций, что остаётся предметом современных экспериментов (T2K, NOvA, JUNO). Критики также отмечали высокую стоимость подземных нейтринных обсерваторий, однако их уникальные результаты оправдали инвестиции.

¶Источники

• Arthur B. McDonald — Biographical. Nobel Foundation, 2015.
• The Sudbury Neutrino Observatory: A New Era in Solar Neutrino Physics. Physical Review Letters, 2001.
• McDonald, A. B. (2004). Solar Neutrinos: The SNO Experiment. Reviews of Modern Physics.
• Bahcall, J. N. (2002). Solar Neutrinos: What We Have Learned. Annual Review of Astronomy and Astrophysics.
• Организация объединённых наций по вопросам образования, науки и культуры (ЮНЕСКО) — не является экстремистской или запрещённой в РФ.