Дейвис, Реймонд

Реймонд Дейвис родился в семье фотографа Реймонда Дейвиса-старшего и его жены Иды Роджерс Янгер. Отец Дейвиса работал в Национальном бюро стандартов и позже стал там руководителем отдела фототехники. Под влиянием своего отца и несмотря на то, что тот не закончил последние классы школы, Дейвис с детства увлёкся экспериментами и конструированием аппаратуры.

После школы он получил в 1938 году степень бакалавра химии в университете Мэриленда. В 1938—1939 годах работал в подразделении компании Dow Chemical в Мидленде (штат Мичиган)^[11], после чего вернулся в университет Мэриленда, где получил степень магистра^[11][12]. В 1942 году он защитил диссертацию по физической химии в Йельском университете^[11][12] и вступил в армию в качестве резервиста. Последующие годы он провёл в штате Юта, наблюдая эксперименты с химическим оружием. После демобилизации из армии в 1945 году Дейвис работал в компании Монсанто Кемикал (Mound Laboratory в Майамисберге, штат Огайо), где до 1948 года занимался прикладной радиохимией в интересах Комиссии по атомной энергии США^[11]. Весной 1948 года перешёл на работу в Брукхэйвенскую национальную лабораторию (БНЛ), основанную с целью развития методов гражданского применения атомной энергии. В 1984 году Дейвис покинул БНЛ и стал исследовательским профессором на физическом факультете Пенсильванского университета, где руководил экспериментом по детектированию солнечных нейтрино в шахте Хоумстейк^[11][12][13].

Во время работы в Брукхейвенской национальной лаборатории (БНЛ) Дейвис познакомился со своей женой Анной Торри, которая работала в биологическом отделении. Свадьба состоялась в 1948 году. Анна пережила мужа, скончавшегося в 2006 году^[14]. У них родилось пятеро детей: Эндрю (старший научный сотрудник Чикагского университета, изучающий метеориты), Марта Кумлер (частный репетитор старшеклассников), Нэнси Клем (домохозяйка, реставрирующая окна в старых домах), Роджер (механик-техник на коллайдере RHIC в БНЛ) и Алан (инженер в компании Boeing)^[15].

В БНЛ Дейвису не поставили какой-либо конкретной задачи. Он мог самостоятельно выбрать область исследований и решил заняться физикой нейтрино. В то время нейтрино существовали только в виде теоретического постулата. Экспериментальных работ на эту тему не было. Таким образом, исследования нейтрино были идеальной областью, в которой он мог применить свои знания по радиохимии.

В своём первом эксперименте Дейвис воплотил идею Бруно Понтекорво по регистрации нейтрино, возникающих при работе ядерного реактора, при помощи реакции ³⁷Cl + ν → ³⁷Ar + e. Для этого он построил рядом с исследовательским реактором в БНЛ ёмкость, содержащую 3,78 м³ тетрахлорметана, а в 1955 году ёмкость больших размеров у энергетического ядерного реактора в Саванна Ривер Сайт. Оба эксперимента показали отрицательный результат — нейтрино не были зарегистрированы. Впоследствии оказалось, что эти эксперименты опровергли гипотезу, принятую в то время, об идентичности нейтрино и антинейтрино^[16]. Именно поэтому эксперимент не дал результата — в реакторах возникают антинейтрино, а экспериментальная установка была чувствительна к нейтрино. Дейвис в своих экспериментах достиг в 20 раз большей чувствительности, чем та, которая была достигнута в 1956 году в экспериментах Фредерика Райнеса по обнаружению нейтрино, за которые тот получил в 1995 году Нобелевскую премию по физике.

По окончании экспериментов в Саванна Ривер Сайт он решил использовать разработанную им экспериментальную методику для обнаружения и измерения потока солнечных нейтрино. Этой темой он занимался довольно продолжительное время. Для этого эксперимента в 1960—1962 годах он построил установку в шахте Барбертон-Лаймстона неподалёку от Акрона в штате Огайо, использовав около 3800 литров перхлорэтилена. Солнечные нейтрино не были обнаружены, так как редкие зарегистрированные события полностью объяснялись фоном космических лучей^[8][17]. В 1960-х годах Дейвис в шахте Хоумстейк в городе Лид в штате Южная Дакота разместил на глубине 1478 м ёмкость с 378 000 литров перхлорэтилена. Первые измерения не дали результатов. Однако Дейвис совершенствовал технику, и в 1970 году он впервые в мире смог зарегистрировать солнечные нейтрино. Измеренный поток нейтрино составил 2,56 SNU, что оказалось примерно в три раза меньше, чем предсказанные Джоном Бакаллом 7,6 SNU на основании известной светимости Солнца^[17]. В последующие десятилетия этим расхождением эксперимента и теоретического предсказания, получившим название «загадка солнечных нейтрино», занимались многие теоретики и экспериментаторы. Впоследствии эксперименты SNO, SAGE и GALLEX подтвердили правоту Дейвиса и Стандартной солнечной модели, доказав существование нейтринных осцилляций и наличие массы у нейтрино^[17][18][19], что и решило эту проблему. Хлор-аргоновый детектор Дейвиса (известный также как эксперимент Хоумстейк) набирал данные в течение четверти века, с 1970 до 1994 года.

Дейвис всю свою жизнь был борцом-одиночкой, который своими работами создал основы современной физики нейтрино. Это ему удалось не столько за счёт результатов, сколько за счёт бескомпромиссной борьбы за то, чтобы померить «неизмеряемое». Обосновав надёжность методов своих измерений, Дейвис смог убедить научное сообщество в существовании событий, происходящих с частотой несколько десятков раз в месяц. Только после его экспериментов учёные удостоверились в возможности проведения таких экспериментов и начали разрабатывать такие установки, как SNO, Gallex и Super-Kamiokande. Таким образом были открыты двери в новую область физики.

За свои достижения Дейвис был награждён в 2002 году (совместно с Масатоси Косибой) Нобелевской премией по физике. К тому времени Дейвису было уже 88 лет и он на момент присуждения премии был старейшим человеком, когда-либо получавшим Нобелевскую премию (позднее, в 2007 году, Нобелевской премией по экономике был отмечен Леонид Гурвич в возрасте 90 лет).

Исторический вклад Дейвиса отмечается в контексте современных исследований в Национальной подземной исследовательской лаборатории США (SURF). В знак признания заслуг учёного и физика-теоретика Джона Бакалла с 2009 года действует образовательная программа Davis-Bahcall Scholars, названная в их честь^[20].

• Премия имени Бориса Прегеля, Нью-Йоркская академия наук, 1957
• Премия Комстока, Национальная академия наук США, 1978
• Премия Тома В. Боннера, Американское физическое общество, 1988
• Почётный доктор, Пенсильванский университет, 1990
• Премия имени В. К. Х. Панофски, Американское физическое общество, 1992
• Премия Беатрис Тинслей, Американское астрономическое общество, 1995
• Премия Джорджа Эллери Хейла, Американское астрономическое общество, 1996
• Почётный доктор, университет Лаврентия, 1997
• Премия имени Бруно Понтекорво, ОИЯИ, Дубна, 1999
• Премия Вольфа по физике, 2000
• Почётный доктор, Чикагский университет, 2000
• Национальная научная медаль США, 2001
• Нобелевская премия по физике, 2002
• Медаль Бенджамина Франклина, 2003
• Премия Энрико Ферми, 2003