Кавендишская лаборатория

Кавендишская лаборатория — физическая лаборатория, входящая в состав Кембриджского университета (Великобритания). Основана в 1874 году. На протяжении более века является одним из ведущих мировых центров экспериментальной физики. Лаборатория получила известность благодаря фундаментальным открытиям в области атомной и ядерной физики, физики элементарных частиц, молекулярной биологии и астрофизики. Сотрудники Кавендишской лаборатории были удостоены 30 Нобелевских премий.

История

Основание и ранние годы

Кавендишская лаборатория была основана в 1874 году по инициативе канцлера Кембриджского университета Уильяма Кавендиша, 7-го герцога Девонширского, который выделил средства на её строительство. Название лаборатория получила в честь его родственника, физика и химика Генри Кавендиша. Первым директором (кавендишским профессором) стал Джеймс Клерк Максвелл, который руководил лабораторией с 1871 по 1879 год. Под его руководством были разработаны первые учебные программы и начаты экспериментальные исследования, в частности, по электричеству и магнетизму.

После смерти Максвелла лабораторию возглавил лорд Рэлей (1879—1884), а затем Джозеф Джон Томсон (1884—1919). В этот период были заложены основы современной атомной физики. В 1897 году Дж. Дж. Томсон открыл электрон, что стало первым экспериментальным свидетельством сложной структуры атома. В 1911 году Эрнест Резерфорд, работавший в лаборатории, предложил планетарную модель атома на основе опытов по рассеянию альфа-частиц.

Эра Резерфорда (1919—1937)

В 1919 году Эрнест Резерфорд стал директором Кавендишской лаборатории. Под его руководством лаборатория превратилась в мировой центр ядерной физики. В 1919 году Резерфорд осуществил первую искусственную ядерную реакцию, превратив азот в кислород с помощью альфа-частиц. В 1932 году Джеймс Чедвик открыл нейтрон, а Джон Кокрофт и Эрнест Уолтон впервые расщепили ядро лития с помощью искусственно ускоренных протонов. Эти достижения заложили основы для развития ядерной энергетики и создания ядерного оружия.

Послевоенный период (1945—1970-е)

После Второй мировой войны, в 1946 году, директором лаборатории стал Невилл Мотт. В этот период акцент сместился с ядерной физики в сторону физики твёрдого тела, радиоастрономии и молекулярной биологии. В 1953 году в Кавендишской лаборатории Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик совместно с Розалинд Франклин и Морисом Уилкинсом расшифровали структуру ДНК. В 1960-х годах Мартин Райл и Энтони Хьюиш разработали методы апертурного синтеза в радиоастрономии, что привело к открытию пульсаров.

Современный период (с 1970-х)

В 1970-х годах лаборатория переехала в новое здание на западной окраине Кембриджа. Директорами в этот период были Брайан Пиппард (1971—1982), Сэм Эдвардс (1984—1995), Ричард Френд (1995—2000) и другие. В настоящее время Кавендишская лаборатория продолжает исследования в области физики конденсированного состояния, нанотехнологий, фотоники, квантовых вычислений и астрофизики. В 2010-х годах в лаборатории были разработаны методы визуализации отдельных молекул и созданы первые графеновые транзисторы.

Структура и организация

Кавендишская лаборатория является частью факультета физики и химии Кембриджского университета. В её состав входят несколько научно-исследовательских групп и отделов, специализирующихся на различных направлениях физики:

• Физика конденсированного состояния — изучение свойств твёрдых тел, жидкостей и мягких материалов.
• Физика элементарных частиц — экспериментальные исследования на Большом адронном коллайдере (ЦЕРН) и других ускорителях.
• Астрофизика — изучение космических объектов и явлений, включая радиоастрономию и гравитационные волны.
• Биофизика — применение физических методов для изучения биологических систем.
• Нанофотоника и квантовая оптика — исследования в области взаимодействия света с наноструктурами.

Лаборатория также включает в себя несколько специализированных центров, таких как Центр исследований графена и Центр квантовых материалов.

Известные открытия и достижения

Кавендишская лаборатория известна рядом фундаментальных открытий, которые изменили представление о мире:

• 1897 — Открытие электрона (Дж. Дж. Томсон).
• 1911 — Планетарная модель атома (Э. Резерфорд).
• 1919 — Первая искусственная ядерная реакция (Э. Резерфорд).
• 1932 — Открытие нейтрона (Дж. Чедвик).
• 1932 — Расщепление ядра лития (Дж. Кокрофт и Э. Уолтон).
• 1953 — Расшифровка структуры ДНК (Дж. Уотсон, Ф. Крик, М. Уилкинс).
• 1967 — Открытие пульсаров (Э. Хьюиш, Дж. Белл Бёрнелл).
• 2004 — Получение графена (А. Гейм и К. Новосёлов).

Директора лаборатории

С момента основания лабораторией руководили выдающиеся физики, каждый из которых внёс значительный вклад в её развитие:

• Джеймс Клерк Максвелл (1871—1879)
• Джон Уильям Стретт, лорд Рэлей (1879—1884)
• Джозеф Джон Томсон (1884—1919)
• Эрнест Резерфорд (1919—1937)
• Уильям Лоренс Брэгг (1938—1953)
• Невилл Фрэнсис Мотт (1954—1971)
• Брайан Пиппард (1971—1982)
• Сэм Эдвардс (1984—1995)
• Ричард Френд (1995—2000)
• Джон Пендри (2000—2008)
• Джеймс Хьюстон (2008—2013)
• Майкл Келли (2013—2020)
• Энди Паркер (с 2020)

Критика

В разное время Кавендишская лаборатория подвергалась критике за чрезмерную концентрацию на фундаментальных исследованиях в ущерб прикладным разработкам. В 1980-х годах отмечалось, что лаборатория недостаточно активно сотрудничает с промышленностью. В 2000-х годах высказывались опасения по поводу сокращения государственного финансирования и утечки кадров в частные исследовательские центры. Тем не менее, Кавендишская лаборатория сохраняет статус одного из ведущих научных учреждений мира.

Интересные факты

• Лаборатория была основана на средства, полученные от продажи коллекции марок герцога Девонширского.
• В 1895 году в лаборатории начали принимать женщин-исследователей, что было нетипично для того времени.
• В 1933 году в лаборатории работал советский физик Пётр Капица, который впоследствии основал Институт физических проблем в Москве.
• Лаборатория является одним из немногих мест, где было сделано более 30 Нобелевских открытий.

Источники

• Crowther, J. G. (1974). The Cavendish Laboratory: 1874–1974. Macmillan.
• Pippard, B. (1989). The Cavendish Laboratory: A History. Cambridge University Press.
• Longair, M. (2016). The Cavendish Laboratory: A Place of Discovery. Cambridge University Press.
• Официальный сайт Кавендишской лаборатории Кембриджского университета.