デビッド・E・プリチャード

デイビッド・エドワード・プリチャード（1941年10月15日生まれ）^[2]は、マサチューセッツ工科大学（MIT）の教授であり、原子物理学と教育研究を専門としている。

プリチャードは1968年にハーバード大学でダニエル・クレップナーの指導の下、博士号を取得しました。彼の論文は、21cmの水素線が現れる過程である微分スピン交換散乱を研究するために、分極原子を備えた最初の原子散乱装置を構築することでした。^[1]

プリチャードは物理学と化学の分野で波長可変レーザーをいち早く採用し、 2つのレーザー光子の同時吸収による高解像度分光法を実証した。彼はレーザー分光法と無線周波数分光法の両方を用いて、冷超音速分子ビーム中のNaNe ^[3]やKAr ^[4]などの弱く結合したファンデルワールス分子を研究した。

プリチャードは、運動量を原子に伝達する波長可変レーザーの能力を利用し、光の定在波からの原子の回折（カピツァ・ディラックまたはラマン・ナス領域と呼ばれる）と光格子からの原子のブラッグ散乱^{[5]を実証し、}コヒーレント原子光学の分野を確立した。^[6] これにより、最初の原子干渉計^[7]が開発され、そこでは物質波が再結合する前に金属箔の両側を伝播し、両側での異なる相互作用によって原子干渉パターンの縞シフトが生じる。 ^{[8]これにより、原子}分極率、気体物質波の屈折率の正確な測定、量子デコヒーレンスの基礎試験が可能になり、原子干渉計がジャイロスコープのように角速度を測定し、気相中のNa ₂分子のような複雑な粒子に対して機能することが初めて実証された。^[9]

原子光学における非常に重要な発展は、原子を捕獲してミリケルビン以下の温度まで冷却する磁気光学トラップ^[10]と、原子が捕捉光と相互作用しないように閉じ込められるダークスポットMOT ^{[11]の発明である。}磁気原子トラップと組み合わせることで、約10 ^10個の冷却原子を同じ小さな体積に圧縮することができる（これはプラズマ物理学の起源に敬意を表してイオッフェ・プリチャードトラップと呼ばれることもある）。これらのトラップは冷却原子研究の分野で一般的に使用されており、MIT-ハーバード超冷却原子センターの基本的なツールとなっている。

1990年、プリチャードはヴォルフガング・ケッテルレをMITのポスドク研究員として迎え、原子冷却の研究を行わせた。ケッテルレがMITに留まるよう奨励するため、1993年にケッテルレは独自の実験用冷却原子プログラム（学生2名と助成金2件）を与えられ、プリチャード自身はケッテルレが教授に任命されるようこの分野から身を引いた。ケッテルレは1995年にボーズ・アインシュタイン凝縮を達成するために原子冷却を追求し、この発見により2001年にプリチャードの元大学院生であるエリック・アリン・コーネルやMIT在学中にプリチャードの非公式な指導を受けていたカール・ウィーマンと共にノーベル物理学賞を受賞した。 ^[12]

その後、ケッテルとプリチャードは共同でボーズ凝縮体を用いた原子光学と干渉法の研究を行い、物質波のコヒーレント増幅、超放射 レイリー散乱、ブラッグ分光法の凝縮体探査能力を実証し、レーザー光を使用して決して接触しない2つの凝縮体間のコヒーレンスを確立した。プリチャードは2004年に「光の創造的な応用による新しい形態の分光法、原子の操作と捕捉、および原子光学と原子干渉法の新分野の開拓」に対してマックス・ボルン賞を受賞した。^[13]

プリチャードはイオントラップを用いた原子および分子の質量の精密測定の先駆者であり、この進歩は彼のグループが開発したSQUID （超伝導量子干渉素子）に基づく高感度無線周波数検出器と、トラップ内のイオンの振動の異なるモードの動きをコヒーレントに相互結合する技術によって可能になった。これらの進歩は、2つの異なるイオンをそれぞれ1つずつ同時に閉じ込め、それらのサイクロトロン周波数を10 ¹¹分の1より正確に相互比較するイオンバランスで最高潮に達した。^[14] これにより、イオンの分極率によるサイクロトロン周波数の新しいタイプの系統的シフトが発見され、イオン分子の分極率の最も正確な測定が可能になった。また、アルバート・アインシュタインの質量エネルギー等価性（Eはエネルギー、mは質量、cは光速）の実験的テストが50倍改善され、現在では1/2 ppmとなっている。^[15]${\displaystyle E=mc^{2}}$

MITの装置で行われたルビジウム原子とセシウム原子の質量の精密な測定値と、他の高精度原子干渉測定によるh / m（プランク定数を原子質量で割った値）とを組み合わせることで、微細構造定数の最も正確な値は0.2ppb（10億分の1）となり、量子電気力学に基づく測定との組み合わせ誤差から約2.5倍の差がつきました。これは、まったく異なる理論的根拠を使用して行われた測定値の最も正確な比較です。

1998年、デイビッド・プリチャードと息子のアレックスは、オンラインのソクラテス式家庭教師mycybertutor.comを開発しました。この家庭教師は、誤った記号解答に対する具体的な批評、要求に応じたヒント、フォローアップのコメントや質問を提供します。このツールは、従来のMIT試験問題に解答する学生の能力を大幅に向上させ、パフォーマンスを約2標準偏差向上させることが実証されています。^[16]このソフトウェアは現在、ピアソン教育によってMastering Physics、Mastering Chemistry、およびMastering Astronomyとして販売されています。このソフトウェアは、科学と工学の宿題家庭教師として広く使用され、約250万人が利用しています。

プリチャードの教育研究グループであるRELATE ^[17]は、「科学と工学の原理と技術を研究に応用し、特に専門知識の学習を改善する」という目標を掲げて2000年に設立されました。彼らは、RELATE（Research in Learning, Assessing, and Tutoring Effectively）の頭文字をとったすべての要素を使用して研究を行っています。彼らは、オンラインの宿題をコピーすることが、MITのレジデンシャル物理学の最終試験の低い成績のはるかに優れた予測因子であることを示しました。 ^{[16]また、} edXによって付与される証明書の約5％に大きく寄与しています。彼らは、従来の指導（コントロール）と比較して、新しいタイプの指導（例：重要な問題解決スキルの意図的な練習）または指導のバリエーション（図の追加、多肢選択式の質問をよりインタラクティブなドラッグアンドドロップの質問に置き換えるなど）を調査しました。^{[18] [19]}

これらの実験は、他の関連研究とともに、学生が苦労している重要な原則、つまり戦略的思考、つまり未知の問題を解決するのに役立つ概念や手順を判断する能力を示唆しました。この目的のために、RELATEは戦略的能力を測定する力学推論インベントリ^[20]を開発しました。これは、新しい教育法である問題解決へのモデリングアプローチの進歩のベンチマークとして機能しました。この教育法は、科学を学ぶ学生の態度を大幅に改善し、物理1の最終試験の再受験でのスコアを上げ、^[21]その後、物理2の成績を~  ⁠1/2⁠この介入の恩恵を受けなかった生徒と比較した標準偏差。^[22]

• デビッド・プリチャード氏がMIT電子工学研究所所長に任命される
• MITのヴォルフガング・ケッテルレ：原子の新たな行進命令