マシュー・サンズ

マシュー・リンジー・サンズ（1919年10月20日 - 2014年9月13日）は、アメリカの物理学者、教育者であり、『ファインマン物理学講義』の共著者として最もよく知られている。ライス大学を卒業したサンズは、第二次世界大戦中、海軍兵器研究所とマンハッタン計画のロスアラモス研究所に勤務した。

戦後、サンズはマサチューセッツ工科大学（MIT）でブルーノ・ロッシの指導の下、宇宙線の研究で博士号を取得した。1950年にカリフォルニア工科大学（Caltech）に移り、1.5 GeV電子シンクロトロンの建設と運用に携わった。1963年にはスタンフォード線形加速器センター（SLAC）の建設と初期運用の副所長に就任した。その後、カリフォルニア大学サンタクルーズ校（UCSC）に物理学教授として着任し、1969年から1972年まで同大学の科学担当副学長を務めた。1998年、アメリカ物理学会は「加速器物理学と電子・陽電子・陽子衝突型加速器の開発への多大な貢献」により、サンズにロバート・R・ウィルソン賞を授与した。 ^{[ 1 ]}

マシュー・リンジー・サンズは、1919年10月20日にマサチューセッツ州オックスフォードで生まれた。両親はリンジー・サンズとベアトリス・ゴイエットで、二人とも簿記係だった。兄のロジャーと、7歳年下の妹クレアがいた。12歳のボーイスカウトだったサンズは、アマチュア無線家だったスカウトマスターに勧められ、短波ラジオ受信機を自作した。アマチュア無線ハンドブックの情報をもとに、古いラジオから集めた部品で組み立てた。高校の数学教師でブラウン大学卒業生のジョン・チャフィーに数学と科学を学ぶよう勧められた。^{[ 2 ]}

高校卒業後、サンズはクラーク大学に入学し、物理学と数学を学び、最終的に1940年に文学士号（BA）を取得しました。クラーク大学での彼の物理学の教授は、著書「ゴルフの物理学」で有名になったセオドア・P・ヨーゲンセン^{[ 3 ]}と、ロバート・H・ゴダードのロケット実験に参加したパーシー・M・ループ^{[ 4 ]}でした。国立青年局から時給35セントの補助金を受けた仕事の一環として、彼は機械工場で物理学の装置を作るように指示され、そこでボール盤、旋盤、その他の金属加工工具に精通しました。^{[ 2 ]}

サンドはライス大学で物理学の修士号（MA）を取得した。^{[ 5 ]}ライス大学では、サンドはライス大学物理学科の初代学科長であったハロルド・A・ウィルソンから相対性理論、統計力学、熱力学の大学院課程を受講した。また、強磁性の実験的研究も行った。ライス大学で、サンドは学部生だった最初の妻エリザベスと出会った。^{[ 2 ]}

1941年、サンズはワシントンDCの海軍兵器研究所に行き、ジョセフ・F・キースリーの下で電子工学についてさらに学んだ。^{[ 6 ]}キースリーとサンズは2つの影響機雷を開発し、そこから3つの特許が生まれた。^{[ 7 ]}彼らは試作機の海上試験を行ったが、理由は不明だが計画は中止された。^{[ 2 ]}

1943年までに、サンズは海軍の官僚主義に我慢できなくなっていた。ウィルソンと状況について話し合った後、彼は予告なしにニューメキシコ州サンタフェにあるドロシー・マッキビンの事務所に現れた。マッキビンはロスアラモス研究所の新人を迎える役目を担っていた。マッキビンが人事部に電話をかけると、人事部はちょうど電子機器担当者を必死に募集する電話を受けていたところだった。その後、サンズはバスでロスアラモスに送られた。驚いたことに、クラークを離れてネブラスカに移り、マンハッタン計画に参加したばかりのジョーゲンソンが出迎えた。ジョーゲンソンはすぐにサンズを図書館に連れて行き、ロバート・サーバーの『ロスアラモス入門』を読ませた。この本は、当時知られていた核分裂の基本的な物理原理と、それが核兵器設計に及ぼす影響についてサンズに紹介するものだった。^{[ 2 ]}

この頃には、サンズは電子工学に関して豊富な経験を積んでおり、すぐに研究所全体の機器を製作する任務を負い、ダロル・フロマンが責任者を務める電子工学グループに配属された。このグループ内で、サンズの親しい協力者はウィリアム・エルモア^{[ 8 ]} 、ウィリアム・ヒギンボサム、アーネスト・ティタートンであった。計測機器に問題のある者は誰でもこのグループに助けを求めた。その結果、サンズはルイス・アルバレス、ロバート・バッハー、ハンス・ベーテ、リチャード・ファインマン、オットー・フリッシュ、ブルーノ・ロッシ、エミリオ・セグレ、ロバート・ウォーカー、ロバート・ウィルソンらと共同研究を行った。これらの著名な物理学者の多くは、サンズのその後のキャリアにおいて重要な役割を果たした。特に、サンズはロッシと親密な関係を築き、後に戦後の博士号取得のためにロッシと共同研究することにした^{[ 2 ]} 。ロッシは、グループの核電子機器、すなわちパルスカウンターとアンプ、ディスクリミネータ、スケーラーに最も関心を持っていた。この分野で、サンズはパルス高さ分析器を設計し特許を取得し^{[ 9 ]} 、オットー・フリッシュとエルモアと共にパルス増幅器を設計した^{[ 10 ]}。また、精密な温度制御^{[ 11 ]}や電気めっき作業の制御^{[ 12 ]} など、より一般的な用途向けの電子機器も開発した。

1945年、ロスアラモス研究所はニューメキシコ州アラモゴルド近郊の僻地でトリニティ核実験を実施した。サンズはウォーカーと共に、後に長崎に投下されたファットマン兵器の試作機である「ガジェット」によって発生した大気圧衝撃波の圧電圧力測定に取り組んだ。彼らの計測機器は1945年5月の108トンのTNT爆薬の試験爆発ではうまく機能したが、1945年7月16日のトリニティ実験では、前夜の予期せぬ雨で装置が濡れてしまったため、情報は得られなかった。^{[ 2 ]}

トリニティ実験で提起された問題に対する世間の意識を高めるため、デビッド・ホーキンス、ウィリアム・ヒギンボサム、フィリップ・モリソン、ロバート・ウィルソン、サンズらがロスアラモス原子力科学者協会を結成した。創設メンバーの一人であるサンズは、週刊ニュースレターを発行した。1945年11月30日、この組織はマンハッタン計画とオークリッジの同様のグループと合併し、原子力科学者連盟を結成した。この連盟はすぐにアメリカ科学者連盟（FAS）に名称を変更した。^{[ 13 ]}

1946年、サンズとエルモアは「電子工学：実験技術」を執筆し、1949年にマグロウヒル社から出版された。この本はロスアラモスで開発された多くのアイデアや回路を紹介しており、戦後の核計測機器の標準的な参考書となった。^{[ 14 ]}

マンハッタン計画と放射線研究所の成功後、マサチューセッツ工科大学（MIT）は米国政府の資金援助を受けた「ビッグサイエンス」の新時代へと移行した。 ^{[ 15 ]}この時代は、MIT卒業生で戦時中の科学研究開発局の有力な責任者であったヴァネヴァー・ブッシュが1945年に書いた報告書「科学、果てしないフロンティア」^{[ 16 ]}で予言されていた。MITの物理学への拡大は、学長のカール・コンプトンと物理学科長のジョン・C・スレーターによって奨励された。MITにおける原子核物理学の拡大は、戦争末期にロスアラモス研究所に加わり、ブルーノ・ロッシとヴィクター・ヴァイスコフをMITの教授として招聘したジェロルド・R・ザカリアスによって主導された。^{[ 17 ]}

ザカリアスが率いるMITの新しい原子核科学研究所で、ロッシは宇宙線研究グループを創設するよう命じられた。彼はロスアラモスにいた4人の若い科学者（サンズを含む）と放射線研究所にいた2人を博士課程の学生として採用した。彼らは皆、数年の戦時研究経験を持つ、一般的な大学院生よりも成熟していた。彼らには博士研究員と同程度の奨学金が支給され、大学院での研究期間中も家族を養うことができた。この研究所は海軍研究局の資金援助を受けていた。^{[ 2 ]}

サンズは、ロッシを指導教官とし、アメリカ空軍から借りたボーイングB-29スーパーフォートレス機の助けを借りて、宇宙線の低速ミューオン成分に関する博士論文研究を行った。彼は、高度40,000フィート（12,000メートル）までの低エネルギーミューオンの強度を高度の関数として測定し、生成時および大気中を伝播する際のスペクトルを導出した。^{[ 18 ]}この情報は、大気中の宇宙線の大部分がミューオンであるため重要であった。サンズは1948年にMITで物理学の博士号を取得し、「宇宙放射線のメソン成分」に関する論文を執筆した。^{[ 19 ]}その後、サンズは助教授として教員に加わり、ロッシの研究室で宇宙線研究を続けた。^{[ 20 ]} 

原子核科学研究所のもう一つのプロジェクトは、電子を350 MeVのエネルギーまで加速するように設計されたシンクロトロン粒子加速器でした。この加速器は海軍研究局の資金提供を受け、電気工学の教授であり、放射線研究所で非常に成功したSCR-584レーダーの開発に携わっていたイヴァン・A・ゲッティングの監督の下で建設されました。1946年に建設が開始されましたが、1949年になっても加速器は稼働していませんでした。これを受けて、ザカリアスはサンズに協力を求めました。^{[ 2 ]}これがサンズにとって加速器物理学への入門となり、彼の助けによってこの装置は1950年初頭に稼働を開始しました。^{[ 21 ]} 

1948年、サンズはネバダ州リノで最初の妻エリザベスと離婚した。エリザベスは2人の子供と共にマサチューセッツ州ウェストンに留まり、サンズは高校時代の数学教師ジョン・チャフィーの義理の妹であるユーニス・ホーソーンと結婚し、彼女と共にMITの既婚学生向け住宅であるウェストゲートに移り住んだ。^{[ 22 ] [ 23 ]} 1950年初頭、サンズの言葉によれば、

…私の元妻にはかなりの資産家である父親がいて、彼らは私に嫌がらせをしようと決め、私の（リノでの）離婚は違法であるなどと主張して、私を重婚罪で刑務所に送ろうとしたのです。それで私は、真夜中に家を出て二度と戻ってこなかった人物としてMITの周りで有名になりました。^{[ 2 ]}

サンズはカリフォルニア工科大学（Caltech）に進学し、そこで1.5 GeVの電子シンクロトロンの建設と運用に携わった。彼は電子粒子加速器における量子効果の役割を理論的にも実験的にも初めて実証した人物である。また、ビーム不安定性、ウェイクフィールド、ビームと空洞の相互作用、その他の現象についても研究した。^{[ 5 ]}

1963年、サンズはスタンフォード線形加速器センター（SLAC）の建設と初期運営の副所長に就任した。リチャード・ファインマンが1965年のノーベル賞を受諾するかどうか迷っていたとき（受賞によってさらに悪名が高まることを嫌っていたため）、サンズはファインマンに、受諾しないことでさらに注目を集めることになるだろうと説得した。^{[ 24 ]}サンズはその後、カリフォルニア大学サンタクルーズ校（UCSC）に物理学教授として着任し、1969年から1972年まで同大学の科学担当副学長を務めた。^{[ 1 ]} 1985年にUCSCを退職した後、サンズはSLACのコンサルタントとして、またカリフォルニア州サンタクルーズのベイビュー小学校とサンタクルーズ高校のコンサルタントとして、生徒向けのコンピュータシステムと物理実験活動の開発に携わった。^{[ 1 ]}

1960年から1966年まで、サンズは大学物理学委員会に所属し、米国の大学における物理学教育の近代化を目的とした国家プログラムを実施しました。彼はファインマンとロバート・B・レイトンと共に、1961年から1963年にかけてファインマンがカリフォルニア工科大学の学部生に行った講義を基にした1964年の物理学教科書『ファインマン物理学講義』の執筆に携わりました。 ^{[ 2 ] [ 25 ]}彼はクレスジ大学の創設に関わり、そこで後に3番目の妻となる学生のフレイヤ・キドナーと出会いました。^{[ 26 ]}彼は1972年に米国物理教師協会から功労賞を受賞し、1998年には米国物理学会から「加速器物理学と電子・陽電子・陽子衝突型加速器の開発への多大な貢献」に対してロバート・R・ウィルソン賞を授与されました。^{[ 1 ]}

サンズは2014年9月13日にサンタクルーズで亡くなった。妻のフレイヤ、娘のミシェル、息子のマイケルとリチャード、そして兄弟のロジャーが遺族として残された。^{[ 26 ]}