Toichiro Kinoshita: a teoretikus, akinek a g-2 számításai rávilágítanak a természet megértésére – Fizika világ

Magánéletében és szakmai életében is az úttörő elméleti fizikus Toichiro „Tom” Kinoshita a legmagabiztosabb ösvényeket járta át a legzűrzavarosabb időkben. 23. január 1925-án született Tokióban, Japánban. Pályafutása nagy részét az Egyesült Államokban töltötte, ahol úttörő szerepet játszott a kvantum elektrodinamika (QED). Leginkább az egyik kulcsállandójára vonatkozó számításai – g-2 – segített abban, hogy a QED a fizika történetének legprecízebb elmélete legyen.

Kinoshita, aki 23. március 2023-án, 98 évesen halt meg, nem volt idegen számomra. Egy közeli barátom apósa volt, és majdnem három évtizede ismertem. Valójában szerencsés voltam, hogy egy nyolc óra alatt alaposan beszélhettem Kinoshitával hosszú és eredményes karrierjéről. szóbeli-történeti interjú amit 2016-ban végeztem a Niels Bohr Könyvtár és Levéltár az Amerikai Fizikai Intézettől.

Japán gyökerek

Ahogy beszélgetésünk során rájöttem, Kinoshita egy rizsfarm-tulajdonosok családjának örököse volt, akik azt várták, hogy fiúgyermekük veszi át a családi vállalkozást. Terveiket megzavarta Japán szerepe a második világháborúban, amely Kinoshita tinédzser korában már elkezdődött. Társainak többségét katonai szolgálatra hívták be, sokan nem tértek vissza.

De Kinoshitának szerencséje volt. A japán hadsereg azt akarta, hogy azok, akiknek van tehetségük a fizikához, számolják ki a bombapályákat a tüzérségi lövedékekhez a harci fronton. A hatóságok ezért átnyomták Kinoshitát a Tokiói Egyetem középiskolai és főiskolai tantervének szorosan tömörített változatán. Útközben fejlett fizikát tanult mentoroktól, akik olyan cikkeket tanítottak, amelyeket tengeralattjárókkal csempésztek Japánba, és amelyeket Werner Heisenberg és más német fizikusok írtak.

Kinoshita fejlett fizikát tanult mentoroktól, akik olyan cikkeket tanítottak, amelyeket tengeralattjárókkal csempésztek Japánba, amelyeket Werner Heisenberg és más német fizikusok írtak.

1945 augusztusában, amikor az egyetemi nyári szünetben Kinoshita otthon volt szüleivel a városban. Yonago amikor meghallotta a rádióban, hogy Hirosimát, amely mintegy 125 km-re délre feküdt, lelapították. Ahogy interjúnkban elmondta, Kinoshita – a robbanás nagyságából – tudta, hogy ez nem egy közönséges bomba, hanem atomenergiát kell megcsapolnia. „Tudtam, mire képes az atomenergia, ezért azonnal arra gondoltam, hogy ez egy A-bomba” – mondta.

Néhány nappal később már itt volt Shinjuku vasútállomás Tokióban, amikor váratlanul mindenkit arra utasítottak, hogy maradjon a helyén a fontos hírek miatt. A rendkívül szokatlan lépés során a japán császár a hangosbemondó rendszeren bejelentette, hogy Japán megadta magát. Kinoshita megkönnyebbült, ahogy mások is körülötte; mint oly sok japán, félt és megdöbbent az országa katonai vezetői által megkezdett háborútól. "Wow, ez jó. Nem kell meghalnom” – emlékezett a gondolataiba.

Néhány héttel később több százezer amerikai katona érkezett, és elfoglalta az országot. Az Egyesült Államokban felállított új kormány országos földreform-programot hajtott végre. A Kinoshita család földjét lefoglalták és szétosztották a gazdálkodók között, így Kinoshita nem maradt örökség nélkül. Bármilyen furcsának is tűnik, nagyon izgatott volt, mert hirtelen szegénysége megszabadította családja azon várakozásától, hogy rizsgazdaságok gazdája lesz. Ehelyett képes lenne fizikával foglalkozni.

A Tokiói Egyetem ösztöndíjaiból és egy másik közeli egyetemen fizikaórákat tanító Kinoshita 1947-ben diplomázott, majd doktori fokozatot szerzett. A mentora az volt Sin-Itiro Tomonaga, aki később megosztotta a 1965-es fizikai Nobel-díj Richard Feynmannel és Julian Schwingerrel. Tomonaga felhívta Kinoshita figyelmét Robert Oppenheimer, az amerikai fizikus, aki a manhattani atombomba-projektet vezette.

Freeman Dyson: a látnoki gondolkodó és mesterkélt tudós, aki megkérdőjelezte a tekintélyt

Oppenheimer pedig Kinoshitát és kollégáját intézte Yoichiro Nambu – egy másik jövő Nobel díjas – posztdoktori lenni a Institute for Advanced Study (IAS) Princetonban, New Jerseyben. Kinoshita azonban alig tudta összeszedni a pénzt az áthaladáshoz, és kénytelen volt egy teherhajóval menni Tokióból Seattle-be. Feleségét, Masakot vagy „Masa” Kinoshitát (született Matsuoka) is maga mögött kellett hagynia – az egyik osztályának egykori diákját, akit 1951-ben vett feleségül. Gazdag szüleit, a kis japán marxista közösség tagjait börtönbe zárták a háború alatt. háború, aztán mindent elvesztett, amikor a szövetséges bombák tönkretették családi vállalkozásukat.

Seattle-ből a Kinoshita meglátogatta az Egyesült Államok nyugati partján található laboratóriumokat, köztük a Lawrence Berkeley Laboratóriumot és a California Institute of Technology-t. Busszal és vonattal utazva kelet felé vette az irányt a Sziklás-hegységen át, először Denverben, majd Enrico Fermi chicagói laboratóriumában látogatott el. Végül Princetonba érkezett, és felesége csatlakozott hozzá 1953-ban. Később még abban az évben egy szállásadónál szállt meg, aki nem tudta kiejteni a „Toichiro” szót, ezért „Tom”-nak nevezte – ez a név egész életében megmaradt. .

Ingatag alapok

1956-ban – két év után az IAS-en, majd egy másikat a New York-i Columbia Egyetemen – Tom és Masa a Cornell Egyetemen kötött ki, ahol karrierje hátralévő részében maradt. Ott Masa gyakorolt néven ismert hagyományos japán textilművészet kumihimo, vagy „összegyűjtött szálakat”, workshopokat tartott az Egyesült Államokban és Japánban, és egy monumentális, 360 oldalas könyvet adott ki a témában 1994-ben. Újra felfedezte és kifejlesztette az archaikus és szinte elfeledett formát. kumihimo amely összetett hurkokat tartalmazott, és a matematikai hátterének felhasználásával újratelepítette.

1962-ben Kinoshita ellátogatott a CERN-be a Ford Alapítvány ösztöndíjával. Genfi látogatásának második napján csatlakozott egy laboratóriumi körúthoz, és – a legelső állomáson – azon kapta magát, hogy elbűvölte egy grafikon, amelyen a kísérletezők Proton szinkrotron a falhoz tapadt. A müonok mágneses térben való lötyögésének mérése után tudni akarták, hogy leleteik hogyan egyeznek az elméleti értékkel, és kerestek valakit, aki ki tudja számítani azt.

Kinoshitát megdöbbentette a grafikon, amely emlékeztette a QED kutatásának aspektusaira, amelyeket Tomonagával végzett a háború alatt. Kimaradt a túrából, elment a könyvtárba, és az éjszaka hátralévő részében dolgozott. Másnap reggel visszatért a Proton Synchrotronhoz, és azt mondta a kísérletezőknek: „Tudom, hogyan kell!”

Izgalmas munka volt, mert a szám szorosan beleszőtt a QED alapjaiba. Ez az elmélet a részecskéket forgó mágnesként fogja fel, és a mágneses momentumaik és a spinük arányát ún. g. A kvantummechanika legegyszerűbb formájában, g értéke pontosan 2. A valóságnak azonban másnak kellett lennie, mert a müonokat az összes többi részecske – ismert és ismeretlen, leptonok és hadronok – nyomai rángatják, amelyek mindegyike kissé befolyásolja az ingadozást.

Tekintettel arra, hogy a QED egy tervrajz volt, amely magában foglalt mindent, amiről a teoretikusok tudtak, a kísérletileg meghatározott érték közötti különbség g és 2 ezért mérte a QED teljes elméleti architektúrájának átfogóságát és pontosságát. Más szóval, mérés gA -2 felfedheti, hogy az architektúra megfelelő-e, még akkor is, ha nem tudja megmondani a hiba pontos helyét.

Tény, gA -2 annyira alapvető volt a QED számára, hogy ha a természet tartalmazna új fizikát – még fel nem fedezett részecskéket vagy erőket, és így nem is az elméletben –, akkor ezek az elméletileg előre jelzett mennyiség és a kísérletekben mért érték különbségeként jelennének meg. Ritkán van értelme mindent beletenni egy szám számításába; senki sem méri a recept hozzávalóit ezred grammra vagy a benzint liter milliárdodjára. De g-2 az más. A müon lötyögéséből pontosság érhető el.

A számítások azonban hihetetlenül nehezek voltak, mert megoldhatatlanok voltak, és így egymás utáni, egyre pontosabb közelítések sorozatában kellett haladniuk. Ráadásul minden újonnan felfedezett részecskét és erőt be kellett építeni. A fizikusok ezt a bonyolultságot általában az egyes lehetséges kölcsönhatások „Feynman-diagramjaival” fejezik ki, ahol minden diagram hosszú egyenletsorozatnak felel meg, és Kinoshitának több százat, sőt ezreket kellett kiértékelnie.

Amikor a fizikusok azt mondják, hogy a QED a tudománytörténet legpontosabban kiszámított elmélete, Kinoshitának köszönhetik

Akkoriban Kinoshita egyedül és kézzel dolgozott a számításokon g-2. Ahogy teltek az évek, egyre több segítőt vett fel, és egyre erősebb számítógépeket használt. Kinoshita végül több mint fél évszázadot töltött úttörőként a szuperszámítógépek fizikai használatában, és az egyik legnagyobb felhasználóvá vált, amikor hat, nyolc, majd 10 sorrendű Feynman-diagramot összegzett, hogy kiszámítsa. g-2 egyre pontosabban. Amikor a fizikusok azt mondják, hogy a QED a tudománytörténet legpontosabban kiszámított elmélete, Kinoshitának köszönhetik.

Eközben egyre nagyobb és precízebb kísérletek sorozata készült, hogy a kísérleti értéket összehasonlítsák az övével: egy három sorozat a CERN-ben, egyet a Brookhaven National Laboratoryban és a egy másik a Fermilabban. Az eredmények néha közel voltak Kinoshita számához, ami félelmet keltett a fizikusokban, hogy nincs új fizika, míg máskor az eredmények annyira eltértek a megjósolt értéktől, hogy a kísérletezők és a teoretikusok egyaránt izgatottak voltak.

Kinoshita egyre nagyobb horderejű fizikussá vált, aki a részecskefizika szabványos modelljének alapjainak megértéséhez vezető személy. Valójában, gA -2 egyre előkelőbb szám lett, mint a világ legerősebb gyorsítója, a Nagy Hadronütköztető, egyre kevesebb meglepetést okozott.

Annak ellenére, hogy 1995-ben hivatalosan visszavonult a Cornelltől, Kinoshita továbbra is aktív maradt a fizikában. 2018-ban, 93 évesen publikált egy tanulmányt Fizikai áttekintés D (97 036001) pontosítva a számítását g-2 a 10. sorrendig. Záródolgozata – az általános elméletről g-2 számítás minden rendelésre – a következő évben jelent meg atomok (7 28). Tanítványa és szoros munkatársa Makiko Nio, Az RIKEN kutatólaboratórium Japánban az egyik fizikus, aki most folytatja a munkát.

A kritikus pont

Csendes, módszeres és aprólékos, Kinoshita mindig értékelte, vagy minden helyzetben hozzájárult a humorhoz. Élete késői szakaszában a barátok megtanulták keresni annak jelét, hogy szellemes megjegyzést akar tenni: szinte észrevehetetlen emelkedést a szája mindkét sarkában, és az őket szegélyező ráncok enyhe mélyülését. Végül Kinoshita elköltözött Cornellből, vonakodva, egy házba Amherstben, Massachusettsben, amelyet az építész Ray Kinoshita, három lánya közül az egyik.

Házat tervezett magának, külön nappalival a szüleinek, shoji paravánokkal, nyitott polcokkal és az erdőre néző fából készült fedélzettel, hasonló a lakóhelyiséghez, amihez hozzászoktak. A Massachusettsi Egyetem adjunktussá tette Kinoshitát, és adott neki egy irodát, ahol szinte minden nap megjelent a COVID megjelenéséig.

A nukleáris világ felfedezése: Gertrude Scharff-Goldhaber élete és tudománya

A csodáló kollégák időről időre előterjesztik a Kinoshitát Nobel-díjra. Soha nem kapta meg, bizonyára azért, mert hozzájárulásait, bár nélkülözhetetlenek a kortárs fizikához, nehéz megcímkézni. A fizikusok azonban óriási hasznot húznak az olyan emberekből, mint a Kinoshita, akik nagyon jól ismerik a szakterületüket megalapozó erőforrásokat, módszereket és technikákat. Az ilyen fizikusok előremozdítják a diszciplínát, mégsem lehet könnyen felfedezőként vagy elméletalkotóként galamblyukat. Kinoshita olyan volt, mint egy megbízható és megbízható mérnök, aki önbizalmat ad, hogy a ház, amelyben Ön és az egész közösség él, nem fog összedőlni.

Masa sajnos meghalt tavaly, Tom pedig nem sokkal ezután. Kettejüket együtt fogják eltemetni Ithacában, Cornell közelében. Sírfájukat lányuk, Ray és Ray saját lánya tervezte Emilia Kinoshita, tervező és anyagkutató. Feynman diagramok és kumihimo minták, amelyek a legmélyebb formáit és ritmusait testesítik meg annak a rakoncátlan világnak, amelyet Masa és Tom átélt és felfedezett.

• SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
• PlatoAiStream. Web3 adatintelligencia. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
• A jövő pénzverése – Adryenn Ashley. Hozzáférés itt.
• Részvények vásárlása és eladása PRE-IPO társaságokban a PREIPO® segítségével. Hozzáférés itt.
• Forrás: https://physicsworld.com/a/toichiro-kinoshita-the-theorist-whose-calculations-of-g-2-shed-light-on-our-understanding-of-nature/