جاك شتاينبرغر

بعد حصوله على الدكتوراه، التحق شتاينبرغر بمعهد الدراسات المتقدمة في برينستون لمدة عام. وفي عام 1949، نشر حسابًا لعمر البيون المتعادل ، [ ^{12 ] والذي} استبق دراسة الشذوذات في نظرية الحقل الكمومي. ^{[ 13 ]}

بعد تخرجه من جامعة برينستون، انتقل شتاينبرغر عام ١٩٤٩ إلى مختبر الإشعاع بجامعة كاليفورنيا في بيركلي ، حيث أجرى تجربة أثبتت إنتاج البيونات المتعادلة وتحللها إلى أزواج من الفوتونات. استخدمت هذه التجربة السنكروترون بقوة ٣٣٠ ميغا إلكترون فولت وعدادات الوميض التي تم اختراعها حديثًا. ^{[ ١٤ ]} على الرغم من هذا الإنجاز وغيره، طُلب منه مغادرة مختبر الإشعاع في بيركلي عام ١٩٥٠، لرفضه التوقيع على ما يُسمى بـ"قسم عدم الشيوعية". ^{[ ١٥ ] [ ٧ ]}

قبل شتاينبرغر منصبًا أكاديميًا في جامعة كولومبيا عام ١٩٥٠. ووفرت حزمة الميزونات التي تم تشغيلها حديثًا في مختبرات نيفيس الأداة اللازمة لإجراء العديد من التجارب المهمة. وأظهرت قياسات المقطع العرضي لإنتاج البيونات على أهداف نووية مختلفة أن البيون له تكافؤ فردي. ^{[ ١٦ ]} وقد وفر القياس المباشر لإنتاج البيونات على هدف من الهيدروجين السائل ، والذي لم يكن شائع الاستخدام آنذاك، البيانات اللازمة لإثبات أن البيون له لف مغزلي صفري. واستُخدم الهدف نفسه لمراقبة الاضمحلال النادر نسبيًا للبيونات المتعادلة إلى فوتون وإلكترون وبوزيترون . وقاست تجربة ذات صلة فرق الكتلة بين البيونات المشحونة والمتعادلة بناءً على الارتباط الزاوي بين البيونات المتعادلة الناتجة عندما يتم التقاط البيون السالب بواسطة البروتون في نواة الهيدروجين. ^{[ ١٧ ]} ودرست تجارب مهمة أخرى الارتباط الزاوي بين أزواج الإلكترون-بوزيترون في اضمحلالات البيون المتعادل، وأثبتت الاضمحلال النادر للبيون المشحون إلى إلكترون ونيوترينو؛ وقد تطلب هذا الأخير استخدام غرفة فقاعات الهيدروجين السائل . ^{[ 18 ]}

خلال الفترة 1954-1955، ساهم شتاينبرغر في تطوير غرفة الفقاعات من خلال بناء  جهاز بطول 15 سم لاستخدامه مع الكوزموترون في مختبر بروكهافن الوطني . استخدمت التجربة حزمة من البيونات لإنتاج أزواج من الهادرونات مع كواركات غريبة لتوضيح خصائص إنتاج واضمحلال هذه الجسيمات المحيرة. ^{[ 19 ]} في عام 1956، استخدم  غرفة بطول 30 سم مزودة بثلاث كاميرات لاكتشاف هايبرون سيغما المتعادل وقياس كتلته. ^{[ 20 ]} كانت هذه الملاحظة مهمة لتأكيد وجود تناظر النكهة SU(3) الذي يفترض وجود الكوارك الغريب. ^{[ 21 ]}

من الخصائص المهمة للتفاعل الضعيف انتهاكه لتناظر التكافؤ . وقد تم إثبات هذه الخاصية من خلال قياس اللف المغزلي وتناظر التكافؤ للعديد من الهيبرونات . وقد ساهم شتاينبرغر وزملاؤه في العديد من هذه القياسات باستخدام  غرف فقاعات الهيدروجين السائل الكبيرة (75 سم) وحزم الهادرونات المنفصلة في مختبر بروكهافن الوطني. ^{[ 22 ]} ومن الأمثلة على ذلك قياس توزيع الكتلة الثابتة لأزواج الإلكترون-بوزيترون الناتجة عن تحلل الهيبرونات سيجما-صفر إلى الهيبرونات لامدا-صفر . ^{[ 23 ]}

في ستينيات القرن العشرين، تحوّل التركيز في دراسة التفاعل الضعيف من الجسيمات الغريبة إلى النيوترينوات. قام ليون ليدرمان وستاينبرغر وشوارتز ببناء غرف شرارة كبيرة في مختبرات نيفيس ، وعرّضوها عام 1961 للنيوترينوات الناتجة عن ارتباطها بالميونات في اضمحلالات البيونات والكاونات المشحونة. استخدموا مسرع السنكروترون ذو التدرج المتناوب (AGS) في بروكهافن، وحصلوا على عدد من الأحداث المقنعة التي تم فيها إنتاج الميونات دون الإلكترونات. ^{[ 24 ]} هذه النتيجة، التي نالوا عنها جائزة نوبل عام 1988، أثبتت وجود نوع من النيوترينوات المرتبطة بالميون، وهو نوع يختلف عن النيوترينو الناتج في اضمحلال بيتا. ^{[ 25 ]}

تم إثبات انتهاك تناظر الشحنة والتكافؤ ( CP ) في نظام الكاون المتعادل عام 1964. أدرك شتاينبرغر أن المعامل الظاهري إبسيلون ( ε )، الذي يحدد درجة انتهاك تناظر الشحنة والتكافؤ، يمكن قياسه في ظواهر التداخل (انظر انتهاك تناظر الشحنة والتكافؤ). بالتعاون مع كارلو روبيا ، أجرى تجربة أثناء إجازته التفرغية في سيرن عام 1965، والتي أثبتت بشكل قاطع تأثير التداخل المتوقع، كما قاس بدقة الفرق في كتلة الكاون المتعادل قصير العمر وطويل العمر. ^{[ 26 ] [ 27 ]}

في الولايات المتحدة، أجرى شتاينبرغر تجربة في مختبر بروكهافن لرصد انتهاك تناظر الشحنة الزوجية (CP) في الاضمحلالات شبه الليبتونية للكاونات المتعادلة. يرتبط عدم تناظر الشحنة ارتباطًا مباشرًا بمعامل إبسيلون، الذي تم قياسه بدقة. ^{[ 28 ]} سمحت هذه التجربة أيضًا باستنتاج طور إبسيلون، وأكدت أن تناظر الشحنة الزوجية والطور (CPT) تناظر طبيعي جيد. ^{[ 29 ]}

في عام 1968، غادر شتاينبرغر جامعة كولومبيا وقبل منصب مدير قسم في سيرن . ^{[ 30 ]} أنشأ هناك تجربةً باستخدام غرف التناسب متعددة الأسلاك ( MWPC )، التي اخترعها جورج شارباك حديثًا . ^{[ 31 ]} سمحت غرف التناسب متعددة الأسلاك، المدعومة بمضخمات إلكترونية دقيقة، بتسجيل عينات أكبر بكثير من الأحداث. تم الحصول على العديد من النتائج المتعلقة بالكاونات المتعادلة ونُشرت في أوائل سبعينيات القرن العشرين، بما في ذلك رصد الاضمحلال النادر للكاون المتعادل إلى زوج من الميونات، والاعتماد الزمني لعدم التناظر في الاضمحلالات شبه الليبتونية، وقياس أكثر دقة لفرق كتلة الكاون المتعادل. وهكذا بدأ عهد جديد في التقنيات التجريبية. ^{[ 32 ]}

أثبتت هذه التقنيات الجديدة أهميتها البالغة في أول تجربة عملية لإثبات انتهاك تناظر الشحنة الزوجية (CP) بشكل مباشر . بُنيت تجربة NA31 في مركز سيرن في أوائل ثمانينيات القرن الماضي باستخدام مسرع البروتونات السنكروتروني SPS التابع لسيرن بقدرة 400 جيجا إلكترون فولت . إلى جانب مجموعات من مقاييس التيار متعددة الأقطاب (MWPCs) ومقياس حرارة الهادرونات، احتوت التجربة على مقياس حرارة كهرومغناطيسي يعمل بالأرجون السائل يتميز بدقة مكانية وطاقية استثنائية. أثبتت تجربة NA31 أن انتهاك تناظر الشحنة الزوجية (CP) بشكل مباشر حقيقة واقعة. ^{[ 33 ]}

عمل شتاينبرغر في تجربة أليف في مصادم الإلكترون-بوزيترون الكبير (LEP)، حيث شغل منصب المتحدث الرسمي باسم التجربة. ^{[ 34 ] ومن بين الإنجازات الأولية لتجربة أليف} القياس الدقيق لعدد عائلات اللبتونات والكواركات في النموذج القياسي من خلال قياس اضمحلالات بوزون Z. [ ^{35 ]}

تقاعد من سيرن عام 1986، ثم أصبح أستاذاً في المدرسة العليا العادية في بيزا بإيطاليا. ^{[ 7 ]} واستمر ارتباطه بمختبر سيرن من خلال زياراته حتى بلغ التسعين من عمره. ^{[ 36 ] [ 6 ]}

حصل شتاينبرغر على جائزة نوبل في الفيزياء عام 1988، "لطريقة حزمة النيوترينو وإثبات بنية اللبتونات الثنائية من خلال اكتشاف نيوترينو الميون". ^{[ 37 ]} وقد تقاسم الجائزة مع ليون إم. ليدرمان وميلفين شوارتز ؛ وكان الباحثون الثلاثة يعملون في جامعة كولومبيا وقت إجراء البحث . ^{[ 38 ]}

استخدمت التجربة حزمًا من البيونات المشحونة ، تم توليدها بواسطة مسرع التدرج المتناوب في مختبر بروكهافن الوطني . تحللت البيونات إلى ميونات ، والتي تم رصدها أمام جدار فولاذي؛ بينما تم رصد النيوترينوات في غرف شرارة مثبتة خلف الجدار. أظهر تزامن الميونات والنيوترينوات تكوّن نوع ثانٍ من النيوترينوات بالتزامن مع الميونات. أثبتت تجارب لاحقة أن هذا النيوترينو يختلف عن النوع الأول (النيوترينو الإلكتروني). نشر شتاينبرغر وليدرمان وشوارتز بحثهم في مجلة Physical Review Letters عام 1962. ^{[ 24 ]}

أهدى ميدالية نوبل الخاصة به إلى مدرسة نيو ترير الثانوية في وينتكا، إلينوي (الولايات المتحدة الأمريكية)، والتي كان أحد خريجيها. ^{[ 39 ]}

كما حصل على الميدالية الوطنية للعلوم في عام 1988 من قبل الرئيس الأمريكي آنذاك، رونالد ريغان ^{[ 6 ]} وحصل على ميدالية ماتيوتشي في عام 1990 من الأكاديمية الإيطالية للعلوم . ^{[ 40 ]}