Julio Ashkin

Julius Ashkin (23 de agosto de 1920 – 4 de junio de 1982) fue un líder en física experimental y teórica conocido por promover la evolución de la física de partículas a partir de la física nuclear. Como físico teórico, realizó contribuciones en los campos de la mecánica estadística , la física del estado sólido , la física nuclear y la física de partículas elementales . Como físico experimental, sus principales contribuciones se relacionaron con el paso de ciertas partículas (mesones pi o piones ) a través de la materia sólida y su posterior desintegración. Fue reconocido por la calidad de su investigación y enseñanza.

Julius Ashkin nació en Brooklyn , Nueva York, ^[2] el 23 de agosto de 1920. Sus padres fueron Isadore y Anna Ashkin. Tenía dos hermanos menores, un hermano, Arthur , también físico, y una hermana, Ruth. Una hermana mayor, Gertrude, murió siendo joven. La casa familiar estaba en Brooklyn, Nueva York, en 983 E 27 Street. Isadore había emigrado a los Estados Unidos desde Odessa , Ucrania a la edad de 19 años. Anna, cinco años más joven, también vino de Ucrania (en su caso Galicia ). ^{[3] [4] [5] [6]} Una década después de su aterrizaje en Nueva York, Isadore se había convertido en ciudadano estadounidense y dirigía un laboratorio dental en 139 Delancey Street en Manhattan. ^{[7] [8]} El apodo de Ashkin era Julie. Es el tío del artista Michael Ashkin .

Ashkin asistió a la escuela secundaria James Madison de Brooklyn , graduándose en 1936, cuando todavía le faltaban unas semanas para cumplir 16 años. En su último año, recibió honores y premios. ^[9] Se le concedió una beca para asistir a la Universidad de Columbia , ^{[10] [11]} donde estudió cuatro años como estudiante de pregrado de 1936 a 1940, ^[12] y tres como posgrado de 1940 a 1943. ^[13]

Entre los físicos que trabajaban en la facultad de Columbia en esos años se encontraban los profesores Enrico Fermi , Isidor Isaac Rabi , Hans Bethe (visitante), Edward Teller (visitante) y los instructores Arnold Nordsieck , Hugh Paxton, ^[14] y Willis Lamb . Todos estos hombres fueron reconocidos como algunos de los mejores de su generación y cuatro de ellos —Fermi, Rabi, Bethe y Lamb— fueron galardonados con el Premio Nobel. ^{[7] [15]}

Como estudiante de grado, Ashkin fue invitado a unirse a una sociedad honoraria de matemáticas, ^[16] y recibió premios. ^{[7] [17] [18] [19]} Entró en el semestre de otoño como profesor asistente y comenzó a trabajar para obtener un título de maestría. Un año después, habiendo recibido ese título, comenzó a trabajar para obtener un doctorado bajo la supervisión de Willis Lamb. Como estudiante de posgrado, Ashkin contribuyó a un artículo en astrofísica. ^[20] y dos artículos en mecánica estadística ^{[21] [22] [23] [24] [25]} Colaboró ​​con Lamb en la redacción del primero de los dos artículos sobre mecánica estadística y con Teller en la redacción del segundo. Este segundo artículo, "Estadísticas de redes bidimensionales con cuatro componentes" ^{[22] [25] [26] [27]} desde entonces ha sido citado con frecuencia. ^[28] Recibió su doctorado en física en 1943. ^{[29] [30]}

A finales de 1942, antes de terminar su tesis doctoral, Ashkin aceptó una oferta para trabajar en el Proyecto Manhattan. Los primeros trabajos sobre el desarrollo de la bomba atómica se habían llevado a cabo en Columbia durante los seis años que Ashkin fue estudiante de grado y posgrado allí. Cuando se descubrió el proceso de fisión nuclear en 1938, científicos de muchos lugares de Europa y Estados Unidos comenzaron a trabajar intensamente para comprender y controlar el fenómeno. Los investigadores de Columbia y la cercana Universidad de Princeton estaban a la vanguardia de este trabajo. No hay información sobre cuánto, si es que lo hizo, Ashkin participó en el esfuerzo en esta etapa temprana de su carrera, pero es seguro que el departamento de física de Columbia fue el lugar de trabajo de los científicos que se dedicaron al desarrollo secreto de una nueva y fenomenalmente poderosa arma. Entre estos hombres se encontraban los ya mencionados —Fermi, Rabi, Teller y Bethe—, así como Leó Szilárd (que trabajó con Fermi para demostrar que era posible una reacción nuclear), Herbert L. Anderson (en aquel entonces, como Ashkin, un estudiante de posgrado de Columbia), John R. Dunning (un profesor asociado de Columbia que había construido un pequeño ciclotrón a mediados de los años 1930), Walter Zinn (un profesor de Columbia que trabajó con el ciclotrón de Columbia para demostrar la posibilidad de una reacción en cadena sostenida), George B. Pegram (Decano de las Facultades de Ciencias Políticas, Filosofía y Ciencias Puras de Columbia, que ayudó a traer a Fermi a los Estados Unidos y lo reunió con representantes del Departamento de la Marina de los EE. UU. para la primera discusión sobre la bomba atómica) y Harold Urey (profesor asociado de química cuyo trabajo sobre la separación de isótopos resultó en el descubrimiento del deuterio). ^[31] Además, Columbia recibió visitas de científicos de la Universidad de Princeton que estaban coordinando su trabajo con colegas de Columbia. Entre ellos se encontraban John Wheeler , Edward Creutz , ^[32] y Robert R. Wilson . ^[31]

Cuando Ashkin aceptó una invitación para unirse al Proyecto Manhattan, todavía estaba trabajando en su doctorado. Pasó los últimos meses de 1942 en el Laboratorio Metalúrgico de la Universidad de Chicago y luego trabajó en el Laboratorio de Los Álamos desde mediados de 1943 hasta mediados de 1945. Los científicos del Laboratorio Metalúrgico, o Met Lab como se lo llamaba, utilizaron un reactor nuclear llamado Chicago Pile para producir la primera reacción en cadena controlada del mundo. ^[33] Construyeron el reactor en una cancha de squash en desuso debajo de las gradas del Stagg Field, el antiguo estadio de fútbol de la universidad. Los habían reunido de Columbia y Princeton Arthur Compton, que era profesor de física en la Universidad de Chicago. El Met Lab constaba de dos divisiones. Fermi, Anderson, Zinn, Creutz y Szilard eran miembros clave de la división de física; Bethe y Teller de la división teórica. ^[34]

Aunque el interés, la experiencia y la habilidad de Ashkin parecen ubicarlo en la división teórica, trabajó en la división de física en un grupo llamado "Física nuclear - Experimental". Su ubicación en este grupo sugiere que Ashkin tenía experiencia previa en la realización de experimentos nucleares mientras era estudiante en Columbia. Con los otros miembros del grupo - Feld, Szilard, Robert F. Christy , Herbert E. Kubitschek, ^[35] y Seymour Bernstein (no identificado) - Ashkin produjo una serie de informes técnicos sobre los aspectos teóricos de la fisión nuclear. ^{[36] [37] [38] [39]} Con Feld, también produjo un informe práctico sobre Envenenamiento y producción en una planta de energía que consideró el potencial de energía de las reacciones nucleares sostenidas, así como el envenenamiento por radiación y otros peligros que las acompañaban. Todos estos informes eran secretos cuando se produjeron y desde entonces han sido desclasificados y publicados. ^{[38] [40]}

En Los Álamos, Ashkin fue asignado a trabajar en la División Teórica dirigida por Bethe. Había cinco grupos en esta división y Ashkin fue asignado al grupo 4, Problemas de Difusión. Sus responsabilidades, en términos generales, le permitieron desarrollar el trabajo que había realizado como estudiante de posgrado y en sus meses en el Laboratorio Metálico. El líder del grupo T-4 era Richard Feynman; Ashkin era el líder suplente. Los miembros iniciales fueron Richard Ehrich, ^[41] y Frederick Reines . Theodore Welton  [de] se unió a principios de la primavera de 1944. ^{[23] [42]} La tarea principal del grupo era estimar la velocidad a la que los neutrones se difundirían a través del núcleo explosivo de la bomba durante la fisión nuclear. Un tanto jocosamente, Feynman afirmó más tarde que el trabajo realizado en Los Álamos era principalmente de ingeniería, no de ciencia. ^[43] Welton, sin embargo, habló de las largas y duras horas del grupo, el buen humor y la cohesión, y dijo que lograron algunos éxitos excelentes en física teórica. ^{[44] [45]} Su trabajo requería una gran cantidad de cálculos matemáticos, que, como recordaba Welton, realizaban utilizando tablas matemáticas de la Administración de Proyectos de Trabajo y grandes calculadoras mecánicas Marchant. De hecho, su asistente, un soldado llamado Murray Peshkin, recordaba que el grupo tenía una necesidad inagotable de cálculos. Era estudiante de licenciatura con una especialización en física en el momento en que fue reclutado y, como recordaba, se le encargó "resolver ecuaciones diferenciales que eran necesarias para predecir la masa crítica de una bomba bajo diversas suposiciones sobre las muchas propiedades desconocidas de los núcleos del material de la bomba". ^[46]

La seguridad en Los Álamos era muy estricta para los estándares de la época. El sitio era un lugar deshabitado en el desierto (antes una escuela privada) cuyo perímetro estaba vallado, con guardias en las puertas. A los científicos se les permitía salir de las instalaciones, pero había poco transporte disponible. (Como no eran miembros del ejército, no se les podía ordenar que cumplieran las órdenes de secreto militar y, en cambio, aceptaron voluntariamente cumplirlas). ^{[43] [47] [48] [49]} Aunque los científicos criados en ciudades, como Ashkin, estaban lejos de las diversiones que las ciudades ofrecen, pudieron encontrar cosas divertidas para hacer. Ayudó que algunos de los casados ​​pudieran traer a sus esposas a vivir a la ciudad de Los Álamos y, así, grupos de hombres y mujeres podían reunirse para realizar actividades sociales. Estas incluyen cosas como caminatas por las colinas y los cañones de las áreas silvestres circundantes. Es probable que Ashkin practicara deportes de equipo al aire libre mientras estaba en Los Álamos. Un colega del Met Lab recordó haber jugado al fútbol americano con él y Feld en un espacio abierto llamado Midway en la Universidad de Chicago. ^[50]

Feynman era particularmente hábil en suavizar el trabajo duro con juegos desenfadados. Su genio era tan lúdico como serio. Se enorgullecía de engañar a los censores de correo, adivinar las combinaciones de cajas fuertes en las que se almacenaban archivos secretos, abrir cerraduras y burlarse de los guardias (salía de la puerta principal, daba una vuelta por el perímetro hasta un agujero en la valla, volvía a entrar en las instalaciones y volvía a salir por la puerta, lo que causaba confusión y consternación). También le gustaba tocar sus bongos, una práctica que hacía que quienes se encontraban a su alcance apretasen los dientes, pero que él creía que lo ponía en contacto con los espíritus de los indios que antiguamente habitaban el lugar. Los físicos son conocidos por su amor a la música, en particular a la música clásica, y su habilidad para tocarla. Feynman no era inusual en su afición por la batería, pero su elección de géneros musicales era atípica, al igual que su falta de habilidad como baterista. ^[51] Parece que la música que producían sus amigos le ofendía tanto como su ruido incesante les ofendía a ellos. Cuando Ashkin tocaba la flauta dulce, Feynman dijo que estaba usando "un tubo de madera increíblemente popular... para hacer ruidos que guardaban una correspondencia uno a uno con puntos negros en un trozo de papel, imitando la música". ^[52]

En 1946, antes de que los científicos de Los Álamos se dispersaran, hubo un breve período durante el cual dieron conferencias sobre temas en los que tenían experiencia. El programa se denominó "Universidad de Los Álamos" y algunos miembros jóvenes del personal de laboratorio recibieron créditos universitarios por asistir a ellas. Las de Ashkin eran sobre mecánica teórica. ^[53] La descripción del curso dice que cubría la dinámica de partículas, cuerpos rígidos, medios elásticos y fluidos utilizando análisis vectorial, dinámica de partículas, ecuaciones de Lagrange y ecuaciones de Hamilton. ^[54]

Junto con otros miembros del equipo de Feynman, Ashkin produjo informes técnicos mientras estaba en Los Álamos. Estos fueron clasificados en su momento, pero desde entonces se han hecho públicos. Un ejemplo da una idea del trabajo realizado por el grupo. Es The Calculation of Critical Masses Including the Effects of the Distribution of Neutron Energies (El cálculo de masas críticas, incluidos los efectos de la distribución de energías de neutrones) , de Feynman, RP; Welton, TA; Ashkin, J.; Ehrlich, R.; Peshkin, M.; y Reines, F. Informe LA-524(Del.) 21 de enero de 1947 (extracto del resumen: "Se desarrollan métodos aproximados convenientes para el cálculo de tamaños críticos y tasas de multiplicación de núcleos esféricos y activos rodeados por manipuladores infinitos. Se presta especial atención a los problemas que surgen del hecho de que los neutrones de diferentes velocidades tienen diferentes propiedades. Los métodos consisten esencialmente en aproximar las densidades de neutrones a cada velocidad mediante formas de modo fundamentales para cada velocidad"). ^[55]

El 16 de julio de 1945, Ashkin estuvo presente en la primera explosión de una bomba nuclear en el sitio de pruebas Trinity , en Alamogordo. Sólo a unos pocos de los muchos científicos se les permitió presenciar esta culminación indescriptiblemente dramática de su trabajo. Ashkin probablemente estaba allí debido a su trabajo sobre el envenenamiento por radiación, iniciado en el Laboratorio Meteorológico y probablemente continuado después. ^[40]

En 1950 se reveló que uno de los científicos de Los Álamos, Klaus Fuchs , estaba proporcionando a la oficina de inteligencia soviética, NKGB , información secreta sobre la investigación de bombas. Entre 1943 y 1946, Fuchs trabajó tanto en Columbia como en Los Álamos. Cuando el FBI entrevistó a Bethe y Feynman sobre su relación con Fuchs mientras estaban en Los Álamos, Feynman dijo que Fuchs era tranquilo, reservado y no estaba dispuesto a mezclarse con otros científicos fuera del trabajo. También dijo que creía que Fuchs era menos distante con Ashkin y parecía amistoso con él. ^[56]

Al salir de Los Álamos en 1946, Ashkin obtuvo un puesto como profesor asistente en la Universidad de Rochester y en 1950 se trasladó al Instituto de Tecnología Carnegie (posteriormente Universidad Carnegie Mellon). Permaneció en la CMU durante el resto de su vida, trabajando como profesor y durante un tiempo como jefe del departamento de física. Robert Marshak trajo a Ashkin a la Universidad de Rochester en 1946. Como profesor asistente enseñó mecánica y termodinámica y física teórica y realizó experimentos pioneros sobre dispersión neutrón-protón, protón-protón y nucleón-nucleón. ^{[30] [45] [57] [58] [59] [60]}

Mientras estuvo en Rochester, Ashkin fue el primer científico en reconocer formalmente la importancia del diagrama de Feynman . Feynman ideó el diagrama en 1948 para proporcionar una visualización simple de las expresiones matemáticas que rigen el comportamiento de las partículas subatómicas. Aunque el diagrama y sus derivados fueron vistos más tarde como herramientas extremadamente importantes, Feynman no les dio un marco teórico ni explicó cómo proponía que se utilizaran. Los físicos tenían dificultades para comprender su función, desconfiaban de su simplicidad y eran reacios a darles un reconocimiento formal. Feynman dijo más tarde que los físicos no se dieron cuenta del poder del diagrama y emplearían un método más complejo creado por Julian Schwinger . Ashkin, dijo, fue el primero en romper con este patrón: "De alguna manera no pudieron hacerlo. Tuvieron que pasar por esto [el método Schwinger] para creerlo. Pero eso está bien. La única persona que no lo hizo, el primer artículo donde se utilizó directamente -que seguí buscando, seguí hojeando la revista Physical Review a medida que salía- fue Ashkin. Había hecho algunos cálculos para un experimento, y dijo: 'Hemos calculado esto usando las reglas de Feynman'. ¡Bloop! ¡Allí estaba escrito! Luego, gradualmente, más y más personas lo hicieron". ^{[61] [62] [63] [64]}

Mientras enseñaba en la Universidad de Rochester, Ashkin se casó con Claire Ruderman, una bióloga que estudiaba en la misma universidad. ^{[65] [66]} La pareja tuvo dos hijas, Beth y Laura. ^[2]

En 1950, Ashkin se unió a la facultad de física de la Universidad Carnegie Mellon (en aquel entonces el Instituto Tecnológico Carnegie), donde Edward Creutz era jefe de departamento y director de un nuevo sincrociclotrón de protones de 450 MeV que el CIT había construido en la cercana Saxonburg, Pensilvania. ^{[30] [32]} Junto con sus colegas científicos Lincoln Wolfenstein y Sergio de Benedetti, ^[67] en ese momento Ashkin comenzó a hacer la transición de un trabajo principalmente teórico a uno principalmente experimental. El ciclotrón permaneció en uso en el Centro de Investigación Nuclear de Saxonburg hasta mediados de la década de 1970, cuando fue desmantelado y, utilizándolo, Ashkin pudo producir algunos de sus resultados experimentales más conocidos. ^{[68] [69]}

En 1953, junto con Bethe, su antiguo director de trabajo teórico en Los Álamos, Ashkin publicó un artículo estrechamente relacionado con el trabajo que habían realizado en ese momento. Este artículo, "Pasaje de radiaciones a través de la materia", resumía los efectos de las partículas y la radiación a medida que pasaban a través de los sólidos. ^[70] Con el tiempo, se convirtió en una referencia estándar para los experimentadores de física. ^{[30] [71]} Utilizando el ciclotrón CIT y siguiendo el trabajo realizado por Bethe y Robert E. Marshak, Ashkin realizó experimentos para determinar las características de una partícula de vida corta (el mesón pi o pión ) que se produce cuando los protones de rayos cósmicos de alta energía y otros componentes de rayos cósmicos interactúan con la materia en la atmósfera de la Tierra. ^{[30] [45] [72]} Ashkin se desempeñó como director del departamento de física entre 1961 y 1972. ^[29] Después de su muerte, la CMU creó el Premio de Enseñanza Julius Ashkin en su honor. ^[73]

En 1958-1959 Ashkin ganó una beca de la Fundación Ford para pasar un año sabático en Ginebra, Suiza, en el CERN , la Organización Europea para la Investigación Nuclear. ^[74] Allí, se convirtió en miembro del primer grupo de científicos en utilizar el nuevo sincrociclotrón de 600 MeV de esa institución. ^[75] Usando este acelerador de partículas ayudó a hacer un descubrimiento significativo que confirmó un aspecto de la Teoría VA de interacciones débiles. ^{[76] [77] [78] [79]} Apoyado por una beca de la Fundación Guggenheim, en 1968 también pasó un año como miembro del All Souls College, Oxford . ^[80]

Ashkin murió en el Hospital Montefiore de Pittsburgh, Pensilvania, el 4 de junio de 1982, después de una larga enfermedad. ^{[2] [29]}