ブルーノ・ポンテコルヴォ

ポンテコルヴォは1913年8月22日、ピサのマリーナで、マッシモ・ポンテコルヴォと妻マリア・ マローニの8人兄弟の4番目の子として生まれた。兄のグイドは1907年生まれで、遺伝学者になった。もう一人の兄パオロは1909年生まれで、第二次世界大戦中はレーダーの開発に携わったエンジニアになった。姉のジュリアーナは1911年生まれ。弟のジッロは1919年生まれで、『アルジェの戦い』の監督として最もよく知られている。また、妹のローラ（1921年生まれ）とアンナ（1924年生まれ）、弟のジョヴァンニ（1926年生まれ）もいた。ポンテコルヴォ家は裕福で、マッシモは1000人以上を雇用する3つの繊維工場を所有していた。家族はユダヤ教徒で、信仰心は篤くなく、父方はローマ出身、母方はマントヴァ出身だった。 ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]}母方の祖父、アリゴ・マローニ（1852年 - 1924年）はマントヴァ生まれで、ミラノのファテベネフラテッリ病院の院長を務めていた。^{[ 4 ]}母のいとこは著名な動物学者、エリサ・グリエリ＝ノルサ（1868年 - 1939年）だった。^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]}

彼は工学を学ぶつもりでピサ大学に入学したが、2年後の1931年に物理学に転向することを決めた。兄のグイドの助言で、ローマ・ラ・サピエンツァ大学で学ぶことにした。そこでは、エンリコ・フェルミが、当時ローマ大学物理学研究所があった通りの名前からヴィア・パニスパーナ少年団として知られる有望な若手科学者のグループを集めていた。18歳で物理学の3年次に入学した。^{[ 8 ]}フェルミはポンテコルヴォを「私の科学者としてのキャリアの中で出会った中で最も聡明な人物の一人」と評した。^{[ 9 ]}最年少メンバーだったため、グループは彼に「子犬」を意味するクッチョロというあだ名をつけた。^{[ 10 ]}

1934年、ポンテコルヴォは、核分裂の発見につながった低速中性子の特性を示すフェルミの有名な実験に貢献した。^{[ 11 ]}ポンテコルヴォの名前は、ヴィア・パニスパーナ少年たちの特許「中性子照射による人工放射能の生成増加」に記載されていた。彼は1934年11月1日に王立物理学研究所とローマ大学の臨時助手となり、11月7日には、水素が重元素よりも中性子を減速させ、低速中性子はより容易に吸収されることを報告した低速中性子に関する画期的な論文の共著者として、フェルミとラセッティとともに記載された。 ^{[ 12 ]} 1935年10月、フェルミ、ポンテコルヴォ、エドアルド・アマルディ、フランコ・ラセッティ、エミリオ・セグレの名義で、このプロセスに関するイタリア特許が付与された。 1940年7月2日に米国特許が付与された。^{[ 13 ]}

1936年2月、ポンテコルヴォはイタリアを離れ、パリに移り、コレージュ・ド・フランスのイレーヌとフレデリック・ジョリオ＝キュリーの研究室で、中性子と陽子の衝突の影響や異性体間の電磁遷移を研究するために1年間の奨学金を得て研究を行った。この期間中、従兄弟のエミリオ・セレニの影響を受け、彼は共産主義の理想を受け入れ、生涯その理想に忠実であり続けた。^{[ 14 ] [ 15 ]}彼はパリで乳母として働いていたスウェーデン人女性、ヘレン・マリアンヌ・ノルドブロムと関係を持った。^{[ 16 ]}マリアンヌとの関係、異性体に関する興味深い研究、あるいはイタリアの悪化する政治情勢のためか、彼は1937年にローマ大学の終身雇用職に応募する機会を断り、パリに留まった。^{[ 15 ] [ 17 ]}

マリアンヌは1938年1月4日にパンテオン広場のオテル・デ・グラン・オムでポンテコルヴォと同居を始めた。息子のジルは7月30日に生まれた。彼女のビザが期限切れとなり、9月にスウェーデンに帰国しなければならなかった。ポンテコルヴォは彼女に同行し、ジルをパリの託児所に残した。一人でパリに戻った彼は、1938年10月12日にマンネ・ジークバーンと夕食を共にし、ニールス・ボーアとリーゼ・マイトナーに会った。 ^{[ 18 ]}ポンテコルヴォはファシスト政権のユダヤ人に対する人種法のためにイタリアに戻ることができなくなった。これがヴィア・パニスパーナの少年たちの解散につながり、フェルミはアメリカ合衆国に移住した。^{[ 19 ]}ポンテコルヴォの家族も離散した。^{[ 20 ]}グイドは1938年にイギリスに移住し、^{[ 21 ]} 1939年にはジョヴァンニ、ローラ、アンナがそれに続き、^{[ 20 ]}ジッロはパリでポンテコルヴォに加わった。^{[ 22 ]}

ポンテコルボは、イヴリー＝シュル＝セーヌにあるジョリオ＝キュリーの研究室でフランスの物理学者アンドレ・ラザールと共同研究を行い、フレデリック・ジョリオ＝キュリーが「核リン光」と呼んだ現象、すなわち中性子と陽子が励起されて基底状態に戻る際に放出されるX線を発見した。 ^{[ 23 ] [ 24 ]}また、一部の異性体は放射性崩壊しても他の元素に変化しないことも発見した。これにより、医療用途におけるそれらの利用範囲が広がった。この画期的な研究に対して、ポンテコルボはキュリー＝カーネギー奨学金とフランス国立科学研究センターからの研究資金を得た。^{[ 23 ]}

ハーウェルでは、ポンテコルヴォは引き続き原子炉設計プロジェクトに関わっていた。電力運営委員会（PSC）のメンバーとして、核分裂性物質の製造と使用、および原子炉の建設に使用される材料についての議論に参加した。^{[ 53 ]} 1949年、ヴィア・パニスパーナの他の少年たち、特にエミリオ・セグレは、原子炉と核兵器の設計の中核をなす低速中性子の挙動に関する特許の権利を主張し始めた。そのため、アメリカ連邦捜査局（FBI）は彼らの経歴の調査を開始した。FBIは、1943年のマンハッタン計画のファイルから、ポンテコルヴォの兄弟であるジュリアーナ、ローラ、ジッロが共産主義者であり、ポンテコルヴォとマリアンヌもおそらく共産主義者であると指摘し、これをイギリスのMI5とワシントンDCのMI6のキム・フィルビーに報告した。 ^{[ 54 ]}

1950年2月、ポンテコルヴォのハーウェル研究所の同僚クラウス・フックスがスパイ容疑で逮捕され、AEREはセキュリティをより真剣に考えるようになった^{[ 54 ]}。ポンテコルヴォはAEREのセキュリティ担当官ヘンリー・アーノルドの面接を受けた。アーノルドはポンテコルヴォがソ連のスパイであるという証拠は持っていなかったが、彼がセキュリティ上のリスクであると感じ、最高機密資料にアクセスできないポジションに異動させるよう勧告した。ハーバート・スキナーはポンテコルヴォに、自身が実験物理学のライオン・ジョーンズ講座を担当していたリバプール大学に新設された教授職に応募するよう勧めた。1950年6月、ポンテコルヴォはその職をオファーされた^{[ 55 ] 。}

1950年9月1日、イタリアでの休暇の最中、ポンテコルヴォは友人や親戚に知らせることなく、妻と3人の息子を連れて突然ローマからストックホルムへ飛び立った。9月2日、彼はソ連の工作員の助けを借りてフィンランドからソ連に入国した。彼の突然の失踪は、多くの西側諜報機関、特に核の機密がソ連に流出することを懸念していたイギリス、カナダ、アメリカの諜報機関、そしてポンテコルヴォとマリアンヌが有効なパスポートやビザなしで旅行することを許されていたフィンランドとスウェーデンの諜報機関に大きな懸念を引き起こした。^{[ 56 ]}

CIAによると、朝日新聞の記事を引用して、「1951年3月下旬、台北の国民党情報筋は、1950年秋に消息を絶った有名なイギリスの原子科学者ポンテコルヴォが最近新疆に現れたことを明らかにした。同じ情報筋は、彼が現在ソ連国境近くのクルジャにある原子爆弾工場で働いていると主張した。」^{[ 57 ]} 1952年には、ポンテコルヴォが核機密をロシアに移転する可能性のある役割についてアメリカの新聞で議論された。^{[ 58 ]}

亡命したKGB最高位の将校オレグ・ゴルディエフスキー^{[ 59 ]}と、ソ連の元対外情報副長官パベル・スドプラトフ^{[ 60 ]}によると、ポンテコルヴォはソ連のスパイだった^{[ 61 ] [ 62 ]} 。しかし、スドプラトフはポンテコルヴォを、現在テッド・ホールであることが知られているコードネーム「ムラド」のスパイと誤認していた^{[ 63 ]}。ポンテコルヴォはカナダ、イギリス、ソ連で核兵器の開発に携わったことを常に否定していたが^{[ 64 ]} 、自分がスパイであることを認めたり否定したりすることはなかった^{[ 65 ]} 。彼に対する実際の証拠は薄弱だった。^{[ 66 ]}フランク・クローズは、カナダのNRX原子炉の設計図がソ連に渡ったことを指摘し、ロナ・コーエンは1947年にNRXが稼働を開始した後、そこからウランのサンプルを入手した。ナン・メイが犯人であるはずがないので、ポンテコルヴォが最有力容疑者となる。^{[ 67 ]}ソ連では、ポンテコルヴォは栄誉をもって迎えられ、ソ連のノーメンクラトゥーラにのみ許された特権を与えられた。彼は亡くなるまで、現在ドゥブナにある合同原子核研究所（JINR）で働き、高エネルギー粒子の理論的研究に専念し、ニュートリノとミューオンの崩壊に関する研究を続けた。彼の研究が認められ、 1953年にスターリン賞、 1955年にソ連共産党員、1958年にソ連科学アカデミー会員、レーニン勲章2個を授与された。^{[ 68 ]}彼は1964年に弱い相互作用に関する研究でレーニン賞を受賞した。^{[ 69 ]}彼は1950年に詩人ミハイル・スヴェトロフの妻ロダム・アミレジビと生涯にわたる恋愛関係を始めた。^{[ 70 ]} 1955年、彼は記者会見に姿を現し、西側諸国を離れてソ連で働くことを選んだ動機を世界に説明した。その結果、イギリスは1955年5月24日に彼のイギリス市民権を剥奪した。^{[ 71 ]}ポンテコルヴォは長年ソ連からの出国を許されず、初めて海外へ行ったのは1978年、アマルディの70歳の誕生日を祝うためにイタリアを訪れた時だった。その後、彼は頻繁にイタリアを訪れ、他の国々にも時折訪れた。フランスは1982年と1984年に彼の訪問を拒否したが、1989年には譲歩した。^{[ 72 ]}

ポンテコルヴォの科学的業績には、現代物理学のマイルストーンとなったものを含む、驚くべき直感が数多く含まれている。その多くはニュートリノに関するもので、ニュートリノは、エネルギー保存の法則が破られないようにベータ崩壊中に放出される検出されないエネルギーを説明するために、1930年にヴォルフガング・パウリによって理論的に初めて提唱された素粒子である。フェルミはそれをイタリア語で「小さな中性のもの」を意味するニュートリノと名付け^{[ 73 ]}、1934年に、原子核から放出される電子は中性子が陽子、電子、ニュートリノに崩壊することによって生成されると説明するベータ崩壊の理論を提唱した。 ^{[ 74 ] [ 75 ]}当初、ニュートリノは検出不可能だと考えられていたが、1945年にポンテコルボは、塩素原子核に衝突したニュートリノが不安定なアルゴン37に変化し、 K捕獲反応の後、半減期34日で2.8 keVのオージェ電子を放出し、直接検出できることに気づいた。^{[ 76 ] [ 77 ] [ 78 ]}

ν + ³⁷Cl → e ⁻+ ³⁷アル

ポンテコルボの1945年の論文では、四塩化炭素（CCl ₄ ）を使用するアイデアはフランスの物理学者ジュール・ゲロンによるものとされている。^{[ 79 ]}チョークリバーでは、ニュートリノ源としてNRXを使用して実験が行われたが、成功せず、ポンテコルボが去った後の1949年に中止された。^{[ 47 ]}実験が失敗したのは、当時知られていなかったが、原子炉はニュートリノではなく反ニュートリノを生成したためである。現在ではコーワン・レインズ・ニュートリノ実験として知られる実験で、フレデリック・レインズとクライド・コーワンは1955年に反ニュートリノを検出し、レインズは1995年にノーベル物理学賞を受賞した。 ^{[ 80 ]}

この考えは太陽ニュートリノの探索で再び取り上げられた。理論的には、太陽は核融合反応の過程でニュートリノを生成した。ポンテコルボはこの考えをモーリス・プライスに帰した。 ^{[ 81 ]}最も一般的なのは、水素が融合してヘリウムを形成する陽子-陽子連鎖反応で、塩素と相互作用するのに十分なエネルギーを持たないニュートリノが生成される。しかし、炭素、窒素、酸素を生成するはるかにまれなCNOサイクルでは相互作用する。^{[ 82 ]} 1960年代後半、レイ・デイビスとジョン・N・バコールはホームステーク実験で太陽ニュートリノを検出し、デイビスは2002年にノーベル物理学賞を受賞した。^{[ 83 ]}この実験は太陽ニュートリノを検出して計数することに成功した最初の実験であったが、検出されたニュートリノの数は予測数の3分の1から2分の1の間であった。これが太陽ニュートリノ問題となった。^{[ 84 ]}科学者たちは一時期、太陽が燃え尽きてしまったかもしれないという恐ろしい可能性について考えていた。^{[ 85 ]}

この問題はすでに 1968 年にポンテコルボによって解決されていた。^{[ 84 ]} 1959 年に強力な加速器(実際には建設されなかった) が設計されており、彼はそれを使って実行できる実験について考え始めた。彼はミューオンを調査するプロジェクトを検討した。^{[ 47 ]}ジュリアン・シュウィンガーは、粒子がW ボソンを交換することによって弱い相互作用を経験するという仮説を立てた。W ボソンは 1983 年まで発見されなかったが、すぐに問題が浮上した。ジェラルド・ファインバーグは、これはこれまで観測されたことのない相互作用が発生することを意味すると指摘したが、これは電子に関連するニュートリノがミューオンに関連するニュートリノと同じである場合にのみ真であると認めた。^{[ 86 ]}

1959年の論文で、ポンテコルボはニュートリノが関与する21の可能な反応を列挙し、そのうちのいくつかは電子ニュートリノ（ν）がなければ起こり得ないことを指摘した。_e ) とミューニュートリノ (ν_μ ) は同一である。(したがって、これらの反応が見つからないことは、ニュートリノが 2 種類あることの証拠となる。) この論文は、今日私たちが使用しているニュートリノの表記法を導入し、 ^{[ 47 ] [ 87 ]} 2 種類のニュートリノを持つことが「対称性と粒子の分類の観点から魅力的」である理由を列挙した。 ^{[ 88 ]}電子に関連するニュートリノがミューオンに関連するニュートリノとは異なるという予測は 1962 年に確認された。 ^{[ 89 ]} 1988 年にジャック・スタインバーガー、レオン・M・レーダーマン、・シュワルツは、ミューオン ニュートリノの発見によりノーベル物理学賞を受賞した。 ^{[ 90 ]}

ポンテコルボによる太陽ニュートリノ問題の解決策は、彼が1957年に初めて考え、その後10年間かけて発展させたアイデアに基づいていた。^{[ 91 ] [ 92 ]}これは、ニュートリノが他の種類のニュートリノに変換される可能性があるというアイデアであり、ニュートリノ振動として知られる現象である。太陽と地球の間のどこかで、電子ニュートリノがミューオンニュートリノに変化する可能性がある。重要な点は、これが起こるためには、ニュートリノは質量がゼロであってはならず、したがって光速で移動できないということである。振動の存在は、 1998年のスーパーカミオカンデ実験によって最終的に確立され、その後他の実験によって確認された。^{[ 93 ]}

この予測は、2015年のノーベル物理学賞で、梶田貴明氏とアーサー・B・マクドナルド氏に「ニュートリノ振動の発見、すなわちニュートリノが質量を持つことを示す発見」に対して授与されたことで認められた。^{[ 94 ]}ポンテコルボ氏はまた、1958年に超新星がニュートリノの激しいバーストを生み出すと予測した。^{[ 88 ]}超新星SN1987Aがニュートリノ検出器によって検出されたとき、これほど興奮した科学者はほとんどいなかった。 ^{[ 95 ]}

ポンテコルヴォは1993年9月24日にドゥブナで死去した^{[ 47 ]}。パーキンソン病を患っていた^{[ 96 ]} 。彼の遺志に従い、遺灰の半分はローマのプロテスタント墓地に、残りの半分はロシアのドゥブナに埋葬された^{[ 97 ]} 。 1995年、彼の科学的功績を称え、合同原子核研究所によって権威あるポンテコルヴォ賞が創設された。この賞は毎年個人科学者に授与され、国際科学界によって認められた「素粒子物理学における最も重要な研究」を表彰するものである^{[ 98 ]} 。 2006年、モスクワ歴史協会モスクルートプログは、トヴェルスカヤ通り9番地にあるポンテコルヴォのモスクワの家を記念する芸術的な銘板を披露した^{[ 99 ]}。