قسم الفيزياء (جامعة كولومبيا)

قسم الفيزياء هو قسم أكاديمي في جامعة كولومبيا في مدينة نيويورك ، نيويورك، الولايات المتحدة الأمريكية.

يضم القسم، بالتعاون مع أعضاء هيئة التدريس في قسم الفيزياء التطبيقية والفيزياء الطبية التابع لقسم الفيزياء التطبيقية والرياضيات التطبيقية، ما يقارب 80 عضوًا من أعضاء هيئة التدريس الذين يقومون بالتدريس وإجراء البحوث في مجالات الفيزياء الفلكية، والفيزياء النووية عالية الطاقة، وفيزياء الجسيمات عالية الطاقة، وفيزياء البلازما، والفيزياء الذرية والجزيئية والبصرية، وفيزياء المادة المكثفة، والفيزياء الحيوية، وعلم الأشعة، والفيزياء النظرية. ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]}

يُجرى هذا البحث في قاعة بوبين ، ومبنى الركن الشمالي الغربي ، ومركز شابيرو لأبحاث الهندسة والعلوم الفيزيائية (CEPSR)، وجميعها تقع في حرم جامعة مورنينغسايد هايتس ؛ ومختبرات نيفيس في إيرفينغتون، نيويورك؛ وفي عدد من المؤسسات التابعة الأخرى. ويرتبط القسم بمختبرات بروكهافن الوطنية وسيرن ، ويضم أعضاء هيئة تدريس يعملون كباحثين علميين فيها .

تُخرّج جامعة كولومبيا ما يقارب 55 طالبًا سنويًا في تخصص الفيزياء من كلية الهندسة والعلوم التطبيقية (بما في ذلك الفيزياء التطبيقية، والفيزياء الفلكية، والفيزياء الحيوية، والفيزياء الكيميائية)، كما تضم ​​حوالي 100 طالب دراسات عليا. ^{[ 5 ] [ 6 ]}

تعود جذور الدراسات العليا في الفيزياء إلى افتتاح كلية المناجم عام ١٨٦٤، على الرغم من أن القسم لم يُنشأ رسميًا إلا عام ١٨٩٢. وفي عام ١٨٩٩، تأسست الجمعية الفيزيائية الأمريكية في اجتماعٍ عُقد في جامعة كولومبيا. وبعد عدة سنوات، مكّن صندوق إرنست كيمبتون آدامز القسم من دعوة علماء بارزين إلى الكلية. ومن بين المحاضرين البارزين في هذا الصندوق هندريك لورنتز (١٩٠٥-١٩٠٦) وماكس بلانك (١٩٠٩). وخلال فترة إقامة لورنتز في كولومبيا، كتب أحد أهم أعماله، وهو نظرية الإلكترونات. ^{[ ٧ ]}

بحلول عام ١٩٣١، أصبح مختبر بوبين مركزًا بحثيًا رائدًا. خلال هذه الفترة، اكتشف هارولد أوري (الحائز على جائزة نوبل في الكيمياء) عنصر الديوتيريوم ، وكان جورج ب. بيغرام يُجري أبحاثًا حول الظواهر المرتبطة بالنيوترون المكتشف حديثًا . في عام ١٩٣٨، فرّ إنريكو فيرمي من إيطاليا الفاشية بعد فوزه بجائزة نوبل عن أبحاثه في مجال النشاط الإشعاعي المُستحث. في الواقع، اصطحب زوجته وأطفاله إلى ستوكهولم، ثم هاجر فورًا إلى نيويورك. بعد وصوله بفترة وجيزة، بدأ العمل في جامعة كولومبيا. وقد أسهمت أبحاثه في مجال الانشطار النووي، إلى جانب أبحاث رابي في الفيزياء الذرية والجزيئية، في إرساء عصر ذهبي للبحوث الأساسية في الجامعة. بُني أحد أوائل أجهزة السيكلوترون في البلاد في قبو قاعة بوبين، ولا تزال أجزاء منه قائمة حتى اليوم.

قبل الحرب العالمية الثانية وبعدها ، أُجريت أبحاثٌ حول العزوم المغناطيسية للنوى والإلكترونات. وبالتزامن مع عمل ويليس لامب في فهم البنية الدقيقة للهيدروجين، كانت هذه التجارب حاسمةً في التطور اللاحق للديناميكا الكهربائية الكمومية ، والتي نال فاينمان وشوينجر جائزة نوبل بفضلها. وفي الوقت نفسه، كان تشين شيونغ وو يُجري أبحاثًا رائدةً في نيفيس حول التفاعلات الضعيفة، والتي أدت إلى التنبؤ النظري والملاحظة اللاحقة لعدم حفظ التكافؤ الأقصى .

خلال الحرب، تم تعلم العديد من تقنيات الموجات الميكروية التي استُخدمت لاحقًا في جامعة كولومبيا لتطوير الميزر ، وهو سلف الليزر في مجال الموجات الميكروية ، بالإضافة إلى رصد عزم رباعي الأقطاب النووي الكبير ، مما أدى إلى تقديم النموذج النووي الموحد بواسطة جيمس رينووتر . في أربعينيات القرن العشرين، تركز البحث النظري على حسابات الديناميكا الكهربائية الكمومية. وفي خمسينيات القرن العشرين، حدث تحول نحو فيزياء الطاقة العالية . خلال هذه الفترة ، أدى عمل تسونغ داو لي وزملائه إلى اكتشاف تناظرات التكافؤ وتناظر اقتران الشحنة في التفاعل الضعيف . خلال هذه السنوات، تم أيضًا بناء سيكلوترون جديد أكثر قوة في نيفيس.

مع ازدياد دقة دراسة الفيزيائيين للمادة، برزت الحاجة إلى تجارب ذات طاقة أعلى. وقد أُجري العديد من هذه التجارب في نيفيس وبروكهافن. استكشف رين ووتر وفيتش بنية النوى من خلال رصد انتقالات الأشعة السينية في الذرات الميونية. ولاحظ ريتشارد غاروِن وليون ليدرمان عدم حفظ التكافؤ في اضمحلال البيون والميون . وأثبت ليدرمان وشوارتز وستاينبرغر أن نيوترينو الميون يختلف عن نيوترينو الإلكترون .

يُجري باحثون من جامعة كولومبيا اليوم تجاربهم في مختبراتٍ حول العالم، من بينها سيرن في جنيف بسويسرا، ومختبر بروكهافن الوطني في أبتون بنيويورك، ومختبر فيرمي الوطني للمُسرّعات في باتافيا بإلينوي. كما يضم مختبر بوبين حاسوبًا فائقًا مُخصصًا بقدرة 400 جيجا فلوبس، بناه نورمان كريست ، ويُستخدم لإجراء حسابات في الديناميكا اللونية الكمومية الشبكية .

العلماء الذين حصلوا على جائزة نوبل عن أعمالهم التي أنجزوها أثناء عملهم كأعضاء هيئة تدريس في جامعة كولومبيا:

• إيسيدور إسحاق رابي
• بوليكارب كوش
• ويليس لامب
• تشارلز تاونز
• آجي بور
• تسونغ داو لي
• جيمس رينووتر
• ليون ليدرمان
• ميلفين شوارتز
• جاك شتاينبرغر

أعضاء هيئة التدريس الآخرون:

• إنريكو فيرمي
• هيديكي يوكاوا
• ويليس لامب
• ماريا غوبرت ماير
• صامويل تشاو تشونغ تينغ
• ستيفن واينبرغ
• هورست ستورمر

العلماء الذين حصلوا على جائزة نوبل وشهادة الدكتوراه من جامعة كولومبيا:

• إيسيدور إسحاق رابي
• جيمس رينووتر
• ليون ليدرمان
• ميلفين شوارتز
• روبرت ميليكان
• جوليان شوينجر
• ليون كوبر
• فال فيتش
• أرنو بنزياس
• نورمان رامزي
• مارتن لويس بيرل

الأساتذة الزائرون:

• موراي جيل مان
• هانز بيته
• دانيال تسوي

فريق البحث:

• ماريا غوبرت ماير
• آجي بور
• آرثر ليونارد شالو
• كارلو روبيا

محاضرو EKA:

• هندريك لورنتز
• فيلهلم فيينا
• ماكس بلانك

• جامعة كولومبيا
• كلية فو فاونديشن للهندسة والعلوم التطبيقية
• قائمة برامج الفيزياء الحاسوبية
• مايكل إدفورسكي بوبين
• مختبرات نيفيس

هذه المقالة هي نسخة معدلة من التاريخ الموجز الموجود على الصفحة الرئيسية لقسم الفيزياء بجامعة كولومبيا:

• الصفحة الرئيسية للقسم
• تراث الفيزياء في جامعة كولومبيا
• جائزة كولومبيا نوبل