Milton Stanley Livingston (25 de mayo de 1905 - 25 de agosto de 1986) fue un físico de aceleradores estadounidense , coinventor del ciclotrón junto con Ernest Lawrence y codescubridor junto con Ernest Courant y Hartland Snyder del principio de enfoque fuerte , que permitió el desarrollo de los modernos aceleradores de partículas a gran escala . Construyó ciclotrones en la Universidad de California , la Universidad de Cornell y el Instituto Tecnológico de Massachusetts . Durante la Segunda Guerra Mundial , sirvió en el grupo de investigación de operaciones de la Oficina de Investigación Naval .
Livingston fue presidente del Proyecto Acelerador del Laboratorio Nacional de Brookhaven , director del Acelerador de Electrones de Cambridge, miembro de la Academia Nacional de Ciencias , profesor de física en el MIT y ganador del premio Enrico Fermi del Departamento de Energía de los Estados Unidos . Fue director asociado del Laboratorio Nacional de Aceleradores de 1967 a 1970.
Livingston nació en Brodhead, Wisconsin , el 25 de mayo de 1905, hijo de McWhorter Livingston, un ministro religioso, y su esposa Sarah Jane. [1] Sarah era miembro de la familia Ten Eyck , una influyente familia neoyorquina cuyos orígenes holandeses se remontan a la década de 1640. Tenía tres hermanas. La familia se mudó a California cuando Livingston tenía cinco años, y creció en Burbank , Pomona y San Dimas . Su padre se convirtió en profesor de secundaria y director. Su madre murió cuando él tenía 12 años, y su padre se volvió a casar más tarde. Livingston adquirió así cinco medios hermanos. [2]
Después de graduarse de la escuela secundaria en 1921, Livingston ingresó al cercano Pomona College , con la intención de especializarse en química , [1] pero no le gustaba la forma en que se enseñaba química allí, y arregló con el profesor de física, Roland R. Tileston, tomar cursos de física también. [2] Recibió su Licenciatura en Artes (AB) en 1926, [3] con una doble especialización en física y química. Tileston hizo los arreglos para que luego ingresara al Dartmouth College con una beca de enseñanza. [2] Obtuvo su Maestría en Artes (MA) en 1928, [3] estudiando difracción de rayos X , [4] [5] y se quedó un año más como instructor. [2]
Durante ese año, Livingston solicitó becas de enseñanza en escuelas de posgrado y fue aceptado tanto por la Universidad de Harvard como por la Universidad de California . Aceptó la última y regresó a California. [2] Escribió su tesis de Doctorado en Filosofía (PhD) sobre "La producción de iones de hidrógeno de alta velocidad sin el uso de altos voltajes", [6] un tema sugerido por Ernest Lawrence , quien había notado que los iones de masa y carga que se mueven en un campo magnético uniforme circulan a una frecuencia constante independiente de la energía:
En teoría, por lo tanto, si una partícula atravesara un electrodo con un voltaje VN veces, adquiriría una energía de NeV. La tarea de Stanley era verificar si esto funcionaría. En enero de 1931, Stanley logró hacer exactamente eso, usando un voltaje de 1 kV para acelerar iones de hidrógeno a 80 keV. A instancias de Lawrence, Stanley escribió rápidamente su tesis y la presentó en abril de 1931 para poder ser elegible para una plaza de profesor al año siguiente. [1] Su examen oral resultó más difícil. Raymond Birge comenzó a hacer preguntas sobre física nuclear, y Livingston tuvo que admitir que no sabía nada sobre el trabajo de Ernest Rutherford , James Chadwick y Charles Drummond Ellis , y que no había leído su monografía de 1930 Radiations from Radioactive Substances . No obstante, Lawrence logró persuadir a los examinadores para que le otorgaran a Livingston su doctorado. [2]
En lo que se convertiría en un patrón recurrente, tan pronto como hubo la primera señal de éxito, Lawrence comenzó a planificar una máquina nueva y más grande, que se conoció como ciclotrón . Lawrence y Livingston elaboraron un diseño para un ciclotrón de 27 pulgadas (69 cm) de $ 800 a principios de 1932, con un imán que pesaba 2 toneladas. Luego, Lawrence encontró un imán masivo de 80 toneladas que originalmente se había construido para alimentar un enlace de radio transatlántico durante la Primera Guerra Mundial , pero que ahora se estaba oxidando en un depósito de chatarra en Palo Alto . Esto les permitió construir un ciclotrón de 27 pulgadas. [7] [8]
En el ciclotrón tenían un instrumento científico muy potente, pero esto no se tradujo en descubrimientos científicos. En abril de 1932, John Cockcroft y Ernest Walton, del laboratorio Cavendish de Inglaterra, anunciaron que habían bombardeado litio con protones y habían conseguido transmutarlo en helio . La energía necesaria resultó ser bastante baja, perfectamente compatible con la capacidad del ciclotrón de 11 pulgadas. Al enterarse, Lawrence conectó a Berkeley y pidió que se verificaran los resultados de Cockcroft y Walton. El equipo tardó hasta septiembre en hacerlo, principalmente debido a la falta de un aparato de detección adecuado. [9]
Entre 1932 y 1934, Livingston fue autor o coautor de más de una docena de artículos sobre física nuclear y el ciclotrón, pero se sintió eclipsado por Lawrence y no pensó que hubiera recibido suficiente crédito por su participación en el diseño del ciclotrón, por el que Lawrence recibiría el Premio Nobel de Física en noviembre de 1939. [1] [10] Por lo tanto, Livingston aceptó una oferta de profesor asistente de la Universidad de Cornell en 1934. [3] Construyó un ciclotrón de 2 MeV en Cornell con una beca de $ 800 y la ayuda de estudiantes de posgrado y el taller departamental, el primero en construirse fuera de Berkeley. [1] Trabajó con Robert Bacher y Hans Bethe , ayudando a producir uno de los tres artículos históricos que aparecieron en Reviews of Modern Physics que se conoció como la "Biblia de Bethe". [4] [11] También se asoció con Bethe para demostrar por primera vez que el neutrón tiene un momento magnético . [1] [12] Livingston recordó que Bethe:
… me dio una idea de los fundamentos de la física y de lo que estaba sucediendo en la física nuclear. Con él, por primera vez, percibí lo profundo que era el campo, lo complejo que era y lo mucho que necesitábamos nueva información. Aprendí muchos tipos nuevos de conceptos, como momentos magnéticos y aspectos cuánticos, de los que nunca había oído hablar mientras estuve con Lawrence. Era un entorno diferente. Ahora estaba siguiendo a un erudito y me quedé realmente impresionado. [2]
Los físicos del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) habían decidido que ellos también necesitaban un ciclotrón, y Robley Evans contrató a Livingston para construir un ciclotrón de 42 pulgadas (110 cm) allí en 1938. Livingston se convirtió en instructor en el MIT al año siguiente, y profesor asistente al año siguiente. El ciclotrón se completó en 1940. Durante la Segunda Guerra Mundial , trabajó con el ciclotrón para la Oficina de Investigación Médica de la Oficina de Investigación Científica y Desarrollo (OSRD), produciendo isótopos radiactivos de fósforo y hierro que se usaron como trazadores en experimentos médicos. El resultado de esta investigación fueron nuevos métodos para estabilizar la sangre, de modo que pudiera enviarse a las tropas en teatros de guerra remotos. [2] En 1944, Livingston se unió al grupo de investigación de operaciones de Philip Morse en la Oficina de Investigación Naval , y trabajó en Washington, DC, y Londres en contramedidas de radar para los submarinos . [4]
Livingston regresó al MIT poco después del final de la guerra, pero en 1946 un consorcio de universidades, incluido el MIT, se unieron para crear el Laboratorio Nacional Brookhaven en Long Island, Nueva York , como una instalación para llevar a cabo actividades de investigación de Big Science que estaban más allá de los recursos de una sola institución académica. Morse fue designado como el primer director de Brookhaven, y le pidió a Livingston que se hiciera cargo de la construcción de un acelerador para el nuevo laboratorio nacional. Se decidió que debería ser un nuevo tipo de acelerador conocido como sincrotrón que había sido propuesto por Edwin McMillan en 1945. Isidor Isaac Rabi, en particular, argumentó que debería ser más potente que cualquiera planeado por el Laboratorio Lawrence Berkeley . [1] [4]
Al final resultó que la Comisión de Energía Atómica (AEC) no estaba dispuesta a financiar dos aceleradores gigantes de 10 GeV, pero sí dos más pequeños de 2,5 GeV y 6 GeV. En una reunión en la que Brookhaven estuvo representada por Morse, Livingston y Leland John Haworth , el equipo de Brookhaven aceptó el más pequeño, con la esperanza de poder terminarlo primero y, por lo tanto, tener una ventaja en la construcción de la máquina de 10 GeV. [1] [2] La máquina, conocida como Cosmotron , fue aprobada por la AEC en abril de 1948 y alcanzó su potencia máxima de 3,3 GeV en 1953. [13]
Livingston no pudo quedarse en Brookhaven para ver completado el proyecto Cosmotron porque corría el riesgo de perder su puesto en el MIT, y decidió regresar allí en 1948. [2] En el MIT impartió clases y participó en un experimento de 1950 del Laboratorio Nacional de Los Álamos para investigar la duración de los productos de fisión de corta duración. [1] Sin embargo, todavía pensaba en los aceleradores y en 1952, junto con Ernest Courant , Hartland Snyder y J. Blewett en Brookhaven, desarrolló el enfoque fuerte , el principio de que el efecto neto sobre un haz de partículas de partículas cargadas que pasan a través de gradientes de campo alternos es hacer que el haz converja. [4] [14] Las ventajas de un enfoque fuerte se comprendieron rápidamente y se implementaron en el Sincrotrón de Gradiente Alternado , que alcanzó los 33 GeV en 1960. [13] Un plan para construir un sincrotrón en el MIT y Harvard también se hizo realidad bajo el liderazgo de Livingston, lo que dio como resultado el Acelerador de Electrones de Cambridge (CEA), que comenzó a funcionar en 1962. [1] La cámara de burbujas de hidrógeno del CEA explotó el 6 de julio de 1965, hiriendo a ocho personas, una de ellas fatalmente. [15]
El Laboratorio Nacional de Aceleradores , renombrado Laboratorio Nacional de Aceleradores Fermi en 1974, fue establecido en Batavia, Illinois , en 1967. [16] Al igual que Brookhaven, fue dirigido por un consorcio de universidades. [17] Robert R. Wilson fue designado su primer director, con Livingston como su director asociado. [1] Iniciaron el diseño de lo que se convirtió en el Tevatron , un acelerador de partículas de 1 TeV . [1]
Livingston se jubiló en 1970 y se mudó a Santa Fe, Nuevo México . Continuó trabajando ocasionalmente como consultor en el cercano Laboratorio Nacional de Los Álamos y, a veces, actuó como juez administrativo de la Comisión Reguladora Nuclear . [1] Se casó con Lois Robinson mientras era estudiante de posgrado en Berkeley en 1930. Tuvieron dos hijos, una hija, Diane, y un hijo, Stephen. Se divorciaron en 1949 y se casó con Margaret (Peggy) Hughes en 1952. Después de que Peggy muriera, se volvió a casar con Lois en 1959. Murió en Santa Fe el 25 de agosto de 1986, por complicaciones derivadas de un cáncer de próstata . [1] Le sobrevivieron su esposa Lois y sus hijos Diane y Stephen. [17]
