Edwin Mattison McMillan (18 de septiembre de 1907 - 7 de septiembre de 1991) fue un físico estadounidense al que se le atribuye haber sido el primero en producir un elemento transuránico , el neptunio . Por ello compartió el Premio Nobel de Química de 1951 con Glenn Seaborg .
Graduado por el Instituto de Tecnología de California , obtuvo su doctorado en la Universidad de Princeton en 1933 y se unió al Laboratorio de Radiación de Berkeley , donde descubrió el oxígeno-15 y el berilio-10 . Durante la Segunda Guerra Mundial , trabajó en radar de microondas en el Laboratorio de Radiación del MIT y luego en sonar en el Laboratorio de Radio y Sonido de la Marina . En 1942 se unió al Proyecto Manhattan , el esfuerzo en tiempos de guerra para crear bombas atómicas , y ayudó a establecer su Laboratorio de Los Álamos, donde se diseñaron las bombas. Dirigió equipos que trabajaban en el diseño de armas nucleares de tipo cañón y también participó en el desarrollo del arma nuclear de tipo implosión .
McMillan coinventó el sincrotrón con Vladimir Veksler , y después de la guerra regresó al Laboratorio de Radiación de Berkeley para construirlos. Fue nombrado director asociado del Laboratorio de Radiación en 1954 y ascendido a subdirector en 1958. Se convirtió en director tras la muerte del fundador del laboratorio, Ernest Lawrence, ese mismo año, y permaneció como director hasta su jubilación en 1973.
McMillan nació en Redondo Beach, California , el 18 de septiembre de 1907, hijo de Edwin Harbaugh McMillan y su esposa Anna Marie McMillan, de soltera Mattison. [1] Tenía una hermana menor, Catherine Helen, cuyo hijo John Clauser (es decir, el sobrino de McMillan) ganó el Premio Nobel de Física en 2022.
El padre de McMillan era médico , al igual que el hermano gemelo de su padre y tres de los hermanos de su madre. El 18 de octubre de 1908, la familia se mudó a Pasadena, California , donde asistió a la escuela primaria McKinley de 1913 a 1918, a la escuela Grant de 1918 a 1920 y luego a la escuela secundaria de Pasadena , de la cual se graduó en 1924 .
El Instituto de Tecnología de California (Caltech) estaba a sólo una milla de su casa y allí asistió a algunas conferencias públicas. [3] Ingresó a Caltech en 1924. Hizo un proyecto de investigación con Linus Pauling como estudiante universitario y recibió su licenciatura en ciencias en 1928 y su maestría en ciencias en 1929, [1] escribiendo una tesis inédita sobre "Un método mejorado". para la determinación del contenido de radio de las rocas". [4] Luego obtuvo su Doctorado en Filosofía en la Universidad de Princeton en 1933, escribiendo su tesis sobre la "Deflexión de un haz de moléculas de HCI en un campo eléctrico no homogéneo" bajo la supervisión de Edward Condon . [5] [6]
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En 1932, McMillan recibió una beca del Consejo Nacional de Investigación , lo que le permitió asistir a la universidad de su elección para realizar estudios posdoctorales. Con su doctorado completo, aunque no fue aceptado formalmente hasta el 12 de enero de 1933, [2] aceptó una oferta de Ernest Lawrence en la Universidad de California, Berkeley , para unirse al Laboratorio de Radiación de Berkeley , que Lawrence había fundado el año anterior. [7] El trabajo inicial de McMillan allí implicó intentar medir el momento magnético del protón , pero Otto Stern e Immanuel Estermann pudieron llevar a cabo estas mediciones primero. [2] [8]
El foco principal del laboratorio de Radiación en ese momento era el desarrollo del ciclotrón , y McMillan, quien fue nombrado instructor en la facultad de Berkeley en 1935, pronto se involucró en el esfuerzo. Su habilidad con la instrumentación pasó a primer plano y aportó mejoras al ciclotrón. En particular, ayudó a desarrollar el proceso de " calce ", ajustando el ciclotrón para producir un campo magnético homogéneo. [6] Trabajando con M. Stanley Livingston , descubrió el oxígeno-15 , un isótopo de oxígeno que emite positrones . Para producirlo bombardearon gas nitrógeno con deuterones . Este se mezcló con hidrógeno y oxígeno para producir agua, que luego se recogió con cloruro de calcio higroscópico . Se encontró radiactividad concentrada en él, lo que demuestra que estaba en el oxígeno. A esto le siguió una investigación sobre la absorción de rayos gamma producida al bombardear flúor con protones. [8]
En 1935, McMillan, Lawrence y Robert Thornton llevaron a cabo experimentos con ciclotrones con haces de deuterones que produjeron una serie de resultados inesperados. Los deuterones se fusionaban con un núcleo objetivo , transmutando el objetivo en un isótopo más pesado mientras expulsaban un protón. Sus experimentos indicaron una interacción nuclear a energías más bajas de lo que se esperaría de un simple cálculo de la barrera de Coulomb entre un deuterón y un núcleo objetivo. El físico teórico de Berkeley, Robert Oppenheimer, y su estudiante de posgrado Melba Phillips desarrollaron el proceso Oppenheimer-Phillips para explicar el fenómeno. [9] McMillan se convirtió en profesor asistente en 1936 y profesor asociado en 1941. [1] Con Samuel Ruben , también descubrió el isótopo berilio-10 en 1940. [6] Esto fue interesante y difícil de aislar debido a su Vida media extraordinariamente larga , alrededor de 1,39 millones de años. [10]
Tras el descubrimiento de la fisión nuclear del uranio por Otto Hahn y Fritz Strassmann en 1939, McMillan comenzó a experimentar con uranio. Lo bombardeó con neutrones producidos en el ciclotrón de 37 pulgadas (94 cm) del Laboratorio de Radiación bombardeando berilio con deuterones. Además de los productos de fisión nuclear informados por Hahn y Strassmann, detectaron dos isótopos radiactivos inusuales, uno con una vida media de aproximadamente 2,3 días y el otro con aproximadamente 23 minutos. McMillan identificó el isótopo de vida corta como uranio-239 , que había sido informado por Hahn y Strassmann. McMillan sospechaba que el otro era un isótopo de un elemento nuevo y no descubierto, con un número atómico de 93. [11]
En aquel momento se creía que el elemento 93 tendría una química similar a la del renio , por lo que empezó a trabajar con Emilio Segrè , experto en ese elemento a partir de su descubrimiento de su homólogo el tecnecio . Ambos científicos comenzaron su trabajo basándose en la teoría predominante, pero Segrè rápidamente determinó que la muestra de McMillan no se parecía en nada al renio. En cambio, cuando lo hizo reaccionar con fluoruro de hidrógeno (HF) con un fuerte agente oxidante presente, se comportó como miembros de los elementos de tierras raras . [12] Dado que estos comprenden un gran porcentaje de productos de fisión, Segrè y McMillan decidieron que la vida media debe haber sido simplemente otro producto de fisión, titulando el artículo "Una búsqueda fallida de elementos transuránicos". [13]
McMillan se dio cuenta de que su trabajo de 1939 con Segrè no había logrado probar las reacciones químicas de la fuente radiactiva con suficiente rigor. En un nuevo experimento, McMillan intentó someter la sustancia desconocida a HF en presencia de un agente reductor , algo que no había hecho antes. Esta reacción provocó que la muestra precipitara con el HF, acción que descartó definitivamente la posibilidad de que la sustancia desconocida fuera una tierra rara. En mayo de 1940, Philip Abelson del Instituto Carnegie en Washington, DC , que también había intentado de forma independiente separar el isótopo con una vida media de 2,3 días, visitó Berkeley para unas breves vacaciones y comenzaron a colaborar. Abelson observó que el isótopo con una vida media de 2,3 días no tenía una química como la de ningún elemento conocido, pero era más similar al uranio que a una tierra rara. Esto permitió aislar la fuente y posteriormente, en 1945, dio lugar a la clasificación de la serie de actínidos . Como paso final, McMillan y Abelson prepararon una muestra mucho más grande de uranio bombardeado que tenía una vida media prominente de 23 minutos de 239 U y demostraron de manera concluyente que la vida media desconocida de 2,3 días aumentaba en fuerza junto con una disminución en la actividad de 23 minutos a través de la siguiente reacción:
Esto demostró que la fuente radiactiva desconocida se originó a partir de la desintegración del uranio y, junto con la observación previa de que la fuente era químicamente diferente de todos los elementos conocidos, demostró más allá de toda duda que se había descubierto un nuevo elemento. McMillan y Abelson publicaron sus resultados en un artículo titulado Elemento radiactivo 93 en Physical Review el 27 de mayo de 1940. [12] [14] No propusieron un nombre para el elemento en el artículo, pero pronto se decidieron por "neptunio". , ya que uranio lleva el nombre del planeta Urano , y Neptuno es el siguiente planeta en nuestro sistema solar. [15] McMillan partió repentinamente hacia trabajos relacionados con la guerra en este punto, dejando a Glenn Seaborg para seguir esta línea de investigación y descubrir el segundo elemento transuránico, el plutonio . En 1951, McMillan compartió el Premio Nobel de Química con Seaborg "por sus descubrimientos en la química de los elementos transuránicos". [dieciséis]
La abrupta salida de McMillan fue provocada por el estallido de la Segunda Guerra Mundial en Europa. En noviembre de 1940, comenzó a trabajar en el Laboratorio de Radiación del MIT en Cambridge, Massachusetts , donde participó en el desarrollo y pruebas de radares de microondas aerotransportados durante la Segunda Guerra Mundial . [7] Realizó pruebas en abril de 1941 con el radar operado desde un viejo bombardero mediano Douglas B-18 Bolo . Sobrevolando la base naval de submarinos de New London con Luis Walter Álvarez y el mariscal jefe del aire Hugh Dowding , demostraron que el radar era capaz de detectar la torre de mando de un submarino parcialmente sumergido. [17] McMillan se casó con Elsie Walford Blumer en New Haven, Connecticut , el 7 de junio de 1941. [18] [17] Su padre era George Blumer, decano emérito de la Facultad de Medicina de Yale . [1] Su hermana María era la esposa de Lawrence. [19] Los McMillan tuvieron tres hijos: Ann Bradford, David Mattison y Stephen Walker. [1] [20]
McMillan se unió al Laboratorio de Sonido y Radio de la Marina cerca de San Diego en agosto de 1941. Allí trabajó en un dispositivo llamado poliscopio. La idea, que surgió de Lawrence, era utilizar un sonar para crear una imagen visual del agua circundante. Esto resultó ser mucho más difícil que hacerlo con el radar, debido a los objetos en el agua y las variaciones en la temperatura del agua que causaban variaciones en la velocidad del sonido. El poliscopio resultó poco práctico y fue abandonado. Sin embargo, también desarrolló un dispositivo de entrenamiento con sonar para submarinistas, por el que recibió una patente. [17] [21] [15]
Oppenheimer reclutó a McMillan para unirse al Proyecto Manhattan , el esfuerzo de guerra para crear bombas atómicas , en septiembre de 1942. Inicialmente, viajaba de ida y vuelta entre San Diego, donde estaba su familia, y Berkeley. [17] En noviembre acompañó a Oppenheimer en un viaje a Nuevo México en el que se seleccionó la Escuela Rancho de Los Alamos como el sitio del laboratorio de investigación de armas del proyecto, que se convirtió en el Laboratorio de Los Alamos . [22] Con Oppenheimer y John H. Manley , redactó las especificaciones para los edificios técnicos del nuevo laboratorio. [23] Reclutó personal para el laboratorio, incluidos Richard Feynman y Robert R. Wilson , estableció el área de prueba conocida como Anchor Ranch y recorrió el país en busca de equipos técnicos, desde máquinas herramienta hasta un ciclotrón. [24]
A medida que el laboratorio tomó forma, McMillan se convirtió en subdirector del esfuerzo de armas nucleares tipo pistola bajo el mando del Capitán de la Armada William S. Parsons , un experto en artillería. [24] El cañón de plutonio, con nombre en código Thin Man , [25] necesitaba una velocidad inicial de al menos 3000 pies (910 m) por segundo, lo que esperaban lograr con un cañón antiaéreo de 3 pulgadas de la Armada modificado . La alternativa era construir un arma nuclear de tipo implosión . McMillan se interesó desde el principio y observó las pruebas de este concepto realizadas por Seth Neddermeyer . Los resultados no fueron alentadores. Explosiones simples dieron como resultado formas distorsionadas. [26] John von Neumann examinó el programa de implosión en septiembre de 1943 y propuso una solución radical que involucraba lentes explosivas . Esto requeriría experiencia en explosivos, y McMillan instó a Oppenheimer a traer a George Kistiakowsky . [27] Kistiakowsky se unió al laboratorio el 16 de febrero de 1944, y la División E (Explosivos) de Parsons se dividió en dos, con McMillan como adjunto para el arma y Kistiakowsky como adjunto para implosión. [28]
McMillan escuchó noticias inquietantes en abril de 1944 y condujo hasta Pajarito Canyon para conferenciar con Segrè. El grupo de Segrè había probado muestras de plutonio generado en los reactores nucleares del Proyecto Manhattan y descubrió que contenía cantidades de plutonio-240 , un isótopo que causaba fisión espontánea, lo que hacía que Thin Man fuera poco práctico. [29] En julio de 1944, Oppenheimer reorganizó el laboratorio para hacer un esfuerzo total en la implosión. McMillan permaneció a cargo del arma tipo pistola, [30] que ahora se usaría sólo con uranio-235 . Siendo este el caso, Thin Man fue reemplazado por un nuevo diseño reducido llamado Little Boy . [31] McMillan también estuvo involucrado en la implosión como jefe del Grupo G-3 dentro de la División G (Gadget), que era responsable de obtener mediciones y tiempos de implosión, [32] y sirvió como enlace del laboratorio con el Proyecto Camel. , el programa de pruebas aéreas que lleva a cabo Caltech. El 16 de julio de 1945 estuvo presente en la prueba nuclear Trinity , cuando se detonó con éxito la primera bomba de implosión. [33]
En junio de 1945, los pensamientos de McMillan empezaron a volver a los ciclotrones. Con el tiempo se habían hecho cada vez más grandes. Se estaba construyendo un ciclotrón de 184 pulgadas en el Laboratorio de Radiación, pero se dio cuenta de que se podía hacer un uso más eficiente de la energía utilizada para acelerar las partículas. Variando el campo magnético utilizado, se podría hacer que las partículas se movieran en órbitas estables y lograr energías más altas con la misma entrada de energía. A esto lo denominó "principio de estabilidad de fase" y al nuevo diseño " sincrotrón ". [34] [35] Sin que McMillan lo supiera, el principio del sincrotrón ya había sido inventado por Vladimir Veksler , quien había publicado su propuesta en 1944. [36] McMillan se enteró del artículo de Veksler en octubre de 1945. [17] Los dos comenzaron a mantener correspondencia, y finalmente se hicieron amigos. En 1963 compartieron el premio Átomos por la Paz por la invención del sincrotrón. [37] En 1964, McMillan recibió el premio Golden Plate de la Academia Estadounidense de Logros . [38]
El principio de estabilidad de fase se probó con el viejo ciclotrón de 37 pulgadas en Berkeley después de que McMillan regresara al Laboratorio de Radiación en septiembre de 1945. Cuando se descubrió que funcionaba, el ciclotrón de 184 pulgadas se modificó de manera similar. [34] [17] Se convirtió en profesor titular en 1946. En 1954 fue nombrado director asociado del Laboratorio de Radiación. Fue ascendido a subdirector en 1958. A la muerte de Lawrence ese año, se convirtió en director y permaneció en ese puesto hasta su jubilación en 1973. El laboratorio pasó a llamarse Laboratorio de Radiación Lawrence en 1958. En 1970, se dividió en el Laboratorio Lawrence Berkeley y el Laboratorio Lawrence Livermore, y McMillan se convirtió en director del primero. [1] [37] [39]
McMillan fue elegido miembro de la Academia Nacional de Ciencias en 1947, y fue su presidente de 1968 a 1971. [40] Fue elegido miembro de la Sociedad Filosófica Estadounidense en 1952. [41] Formó parte del influyente Comité Asesor General (GAC) de la Comisión de Energía Atómica de 1954 a 1958, y la Comisión de Física de Altas Energías de la Unión Internacional de Física Pura y Aplicada de 1960 a 1967. [42] Fue elegido miembro de la Academia Estadounidense de Artes y Ciencias en 1962. [43] Después de retirarse de la facultad de Berkeley en 1974, pasó de 1974 a 1975 en el CERN , donde trabajó en el experimento g menos 2 para medir el momento magnético del muón . Fue galardonado con la Medalla Nacional de Ciencias en 1990. [37]
McMillan sufrió el primero de una serie de accidentes cerebrovasculares en 1984. [37] Murió en su casa de El Cerrito, California , por complicaciones de la diabetes el 7 de septiembre de 1991. Le sobrevivieron su esposa y sus tres hijos. [20] Su medalla de oro del Premio Nobel se encuentra en el Museo Nacional de Historia Estadounidense , una división del Smithsonian , en Washington DC. [44]
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