M. スタンレー・リビングストン

ミルトン・スタンリー・リビングストン
生まれる	( 1905-05-25 )1905年5月25日 ウィスコンシン州ブロッドヘッド
死亡	1986年8月25日(1986-08-25)（享年81歳） ニューメキシコ州サンタフェ
母校	ポモナ大学 ダートマス大学 カリフォルニア大学バークレー校
知られている	サイクロトロンと強集束の開発
配偶者たち）	ロイス・ロビンソン、マーガレット・ヒューズ
受賞歴	エンリコ・フェルミ賞(1986)
科学者としてのキャリア
フィールド	物理学（加速器物理学）
機関	カリフォルニア大学バークレー校、コーネル大学、マサチューセッツ工科大学、ブルックヘブン国立研究所
論文	高電圧を使わない高速水素イオンの生成 （1931年）
博士課程の指導教員	アーネスト・ローレンス
サイン

ミルトン・スタンレー・リヴィングストン（1905年5月25日 - 1986年8月25日）は、アメリカの加速器物理学者で、アーネスト・ローレンスとともにサイクロトロンを発明し、アーネスト・クーラントおよびハートランド・スナイダーとともに強収束原理を発見した人物である。この原理により、現代の大規模粒子加速器の開発が可能になった。リヴィングストンは、カリフォルニア大学、コーネル大学、マサチューセッツ工科大学でサイクロトロンを製作した。第二次世界大戦中は、海軍研究局のオペレーションズ・リサーチ・グループに所属していた。

リビングストンは、ブルックヘブン国立研究所の加速器プロジェクトの議長、ケンブリッジ電子加速器の所長、米国科学アカデミーの会員、 MITの物理学教授、米国エネルギー省のエンリコ・フェルミ賞受賞者を歴任した。 1967年から1970年まで 国立加速器研究所の副所長を務めた。

リヴィングストンは1905年5月25日、ウィスコンシン州ブロッドヘッドで、牧師のマクウォーター・リヴィングストンとその妻サラ・ジェーンの息子として生まれた。^{[1]サラは、1640年代にオランダに起源を持つニューヨークの有力な一族、}テン・アイク家の一員だった。彼には3人の姉妹がいた。リヴィングストンが5歳のとき、家族はカリフォルニアに引っ越し、彼はバーバンク、ポモナ、サンディマスで育った。彼の父親は高校の教師兼校長になった。彼が12歳のとき、母親が亡くなり、父親は後に再婚した。リヴィングストンには5人の異母兄弟ができた。^[2]

1921年に高校を卒業した後、リビングストンは化学を専攻するつもりで近くのポモナ大学に入学したが、^[1]そこでの化学の教え方が気に入らず、物理学教授のローランド・R・ティルストンと相談して物理学のコースも受講した。^[2]彼は1926年に物理学と化学のダブルメジャーで文学士（AB）を取得した。 ^{[3]ティルストンは彼がその後}ダートマス大学に教員として入学できるよう手配した。 ^{[2]彼は1928年に}文学修士（MA）を取得し、^[3] X線回折を研究し、^{[4] [5]}講師としてさらに1年間留まった。^[2]

その年、リビングストンは大学院の教員奨学金に応募し、ハーバード大学とカリフォルニア大学の両方から受け入れられた。彼はカリフォルニア大学を受け入れ、カリフォルニアに戻った。^[2]彼は「高電圧を使わない高速水素イオンの生成」という哲学博士号（PhD）論文を書いた。 ^[6]このテーマはアーネスト・ローレンスが提案したもので、ローレンスは均一な磁場内を移動する質量と電荷を持つイオンはエネルギーとは無関係に 一定の周波数で循環することに気づいた。${\displaystyle M}$${\displaystyle e}$${\displaystyle B}$${\displaystyle \omega}$

${\displaystyle {\omega }={eB \over Mc}}$

したがって、理論上は、粒子が電圧 VN 回電極を通過すると、NeV のエネルギーを得ることになる。スタンレーの課題は、これが機能するかどうかを検証することだった。1931 年 1 月、スタンレーは 1 kV の電圧を使用して水素イオンを 80 keV まで加速し、まさにそれを実現した。ローレンスの促しで、スタンレーは急いで論文を書き上げ、翌年の講師資格を得るために 1931 年 4 月に提出した。^[1] 口頭試験はさらに難しかった。レイモンド・バージが原子核物理学について質問し始め、リビングストンはアーネスト・ラザフォード、ジェームズ・チャドウィック、チャールズ・ドラモンド・エリスの研究について何も知らず、1930 年の彼らのモノグラフ「放射性物質からの放射線」を読んでいないことを認めざるを得なかった。それでも、ローレンスは審査官を説得してリビングストンに博士号を授与することに成功した。^[2]

成功の兆しが見え始めるとすぐに、ローレンスはサイクロトロンと呼ばれるようになった、新しい、より大きな機械の計画を始めたが、これはその後繰り返されるパターンとなった。ローレンスとリビングストンは、1932年初頭に、重さ2トンの磁石を搭載した、800ドルの27インチ (69 cm) サイクロトロンの設計図を作成した。その後、ローレンスは、もともと第一次世界大戦中に大西洋横断無線リンクに電力を供給するために作られたが、現在はパロアルトの廃品置き場で錆び付いている巨大な80トンの磁石を発見した。これにより、彼らは27インチサイクロトロンを製作することができた。^{[7] [8]}

サイクロトロンには強力な科学機器があったが、これは科学的発見にはつながらなかった。1932年4月、イギリスのキャベンディッシュ研究所のジョン・コッククロフトとアーネスト・ウォルトンは、リチウムに陽子を照射してヘリウムに変換することに成功したと発表した。必要なエネルギーは非常に低く、11インチサイクロトロンの能力の範囲内だった。それを知ったローレンスはバークレーに電報を送り、コッククロフトとウォルトンの結果の検証を依頼した。チームが検証を行うまでには9月までかかったが、それは主に適切な検出装置がなかったためであった。^[9]

1932年から1934年にかけて、リビングストンは原子物理学とサイクロトロンに関する12本以上の論文を執筆あるいは共著したが、ローレンスの影に隠れていると感じ、サイクロトロンの設計における自分の役割が十分に評価されていないと考えていた。この功績によりローレンスは1939年11月にノーベル物理学賞を受賞した。 ^{[1] [10]}そのため、リビングストンは1934年にコーネル大学から助教授の職を引き受けた。 ^[3]彼は800ドルの助成金と大学院生および学科工房の協力を得て、コーネル大学に2MeVサイクロトロンを建設した。これはバークレー以外で建設された最初のサイクロトロンであった。^[1]彼はロバート・バッハーやハンス・ベーテと協力し、 Reviews of Modern Physicsに掲載された3本の画期的な論文のうちの1本の作成に携わった。この論文は「ベーテ・バイブル」として知られるようになった。^{[4] [11]彼はまた、ベーテと協力して}中性子が磁気モーメントを持つことを初めて実証した。^{[1] [12]}リビングストンはベーテについて次のように回想している。

…物理学の基礎と原子物理学の現状について、私に理解を与えてくれました。彼と初めて会って、この分野がいかに奥深く、いかに複雑で、いかに新しい情報が必要であるかを感じました。ローレンスのもとでは聞いたことのない磁気モーメントや量子論など、多くの新しい概念を学びました。それはまったく異なる環境でした。私は今や学者の道を歩んでいるのであり、本当に感銘を受けました。^[2]

マサチューセッツ工科大学(MIT)の物理学者らもサイクロトロンが必要だと判断し、ロブリー・エバンスは1938年にリビングストンを雇って42インチ (110 cm) サイクロトロンを建設させた。リビングストンは翌年MITの講師となり、その翌年には助教授となった。サイクロトロンは1940年に完成した。第二次世界大戦中、彼は科学研究開発局(OSRD)の医療研究局でサイクロトロンに携わり、医療実験でトレーサーとして使用されるリンと鉄の放射性同位元素を製造した。この研究の結果、血液を安定化させる新しい方法が生まれ、遠隔地の戦場にいる部隊に血液を送ることができるようになった。^[2] 1944年、リビングストンは海軍研究局のフィリップ・モースのオペレーションズ・リサーチ・グループに加わり、ワシントンDCとロンドンでUボートに対するレーダー対抗策に取り組んだ。^[4]

リビングストンは終戦後すぐにMITに戻ったが、1946年にMITを含む大学の連合が結束し、ニューヨーク州ロングアイランドにブルックヘブン国立研究所を設立した。これは、単一の学術機関の資源では対応しきれないビッグサイエンスの研究活動を行うための施設であった。モースはブルックヘブンの初代所長に任命され、リビングストンに新しい国立研究所の加速器の建設を任せた。それは、1945年にエドウィン・マクミランが提案したシンクロトロンと呼ばれる新しいタイプの加速器にすべきだと決定された。特にイジドール・アイザック・ラビは、ローレンス・バークレー研究所が計画していたものよりも強力なものにすべきだと主張した。^{[1] [4]}

結局、原子力委員会(AEC) は 10 GeV の巨大な加速器 2 台に資金を提供することには消極的だったが、2.5 GeV と 6 GeV の小型加速器 2 台には資金を提供することに前向きだった。ブルックヘブンの代表としてモース、リビングストン、リーランド・ジョン・ハワースが出席した会議で、ブルックヘブンのチームは小型加速器を先に完成させて 10 GeV 加速器の建造で有利になれると期待し、小型加速器を受け入れた。^{[1] [2]}コスモトロンとして知られるこの加速器は1948 年 4 月に AEC の承認を受け、1953 年に最大出力の 3.3 GeV に達した。^[13]

リビングストンは、MITでの終身在職権を失う危機に直面していたため、コスモトロン計画の完了を見るためにブルックヘブンに留まることができず、1948年にそこに戻ることを選んだ。^[2] MITで彼は授業を行い、1950年にロスアラモス国立研究所が短寿命の核分裂生成物の寿命を調査する実験に参加した。^{[1]しかし、彼はまだ加速器について考えており、1952年にブルックヘブンの}アーネスト・クーラント、ハートランド・スナイダー、J・ブレウェットとともに、強収束、つまり交番磁場勾配を通過する荷電粒子の粒子ビームに対する純粋な効果はビームを収束させることであるという原理を開発した。^{[4] [14]} 強集束の利点はすぐに認識され、1960年に33 GeVを達成した交代勾配シンクロトロンに導入された。 ^[13] MITとハーバードにシンクロトロンを建設する計画もリビングストンのリーダーシップの下で実現し、1962年に稼働を開始したケンブリッジ電子加速器（CEA）が誕生した。^[1] CEAの水素バブルチャンバーが1965年7月6日に爆発し、8人が負傷し、そのうち1人が死亡した。^[15]

国立加速器研究所は、 1974年にフェルミ国立加速器研究所と改名され、 1967年にイリノイ州バタビアに設立されました。 ^[16]ブルックヘブンと同様に、大学のコンソーシアムによって運営されていました。^[17] ロバート・R・ウィルソンが初代所長に任命され、リビングストンが副所長に就任しました。 ^[1]彼らは、1 TeV粒子加速器であるテバトロンの設計を開始しました。^[1]

リビングストンは1970年に引退し、ニューメキシコ州サンタフェに移住した。彼は引き続き、近くのロスアラモス国立研究所でコンサルタントとして時折働き、原子力規制委員会の行政裁判官を務めることもあった。^[1]彼は1930年にバークレーの大学院生だったときにロイス・ロビンソンと結婚した。2人の間には娘のダイアンと息子のスティーブンの2人の子供が生まれた。彼らは1949年に離婚し、彼は1952年にマーガレット（ペギー）ヒューズと結婚した。ペギーが亡くなった後、彼は1959年にロイスと再婚した。彼は1986年8月25日に前立腺がんの合併症でサンタフェで亡くなった。^[1]彼には妻のロイスと子供のダイアンとスティーブンが残された。^[17]

• ダートマス大学（1963年）、ドイツのハンブルク（1967年）、ポモナ大学（1971年）から名誉学位を授与。^[1]
• 米国科学アカデミー会員に選出（1970年）^[18]
• エンリコ・フェルミ賞（米国エネルギー省より）（1986年）（死後）^[19]

• ハーケン、グレッグ (2002)。『ブラザーフッド・オブ・ザ・ボム：ロバート・オッペンハイマー、アーネスト・ローレンス、エドワード・テラーの絡み合った人生と忠誠』。ホルト・ペーパーバック。ISBN 978-0-8050-6589-3。

• ハイルブロン、JL ; ザイデル、ロバート W. (1989)。ローレンスと彼の研究室: ローレンス・バークレー研究所の歴史。バークレー:カリフォルニア大学出版局。ISBN 978-0-520-06426-3。