Помер фізик Деніел Клеппнер, творець атомного годинника GPS

Деніел Клеппнер, експериментальний фізик, який допомагав розробляти атомний годинник, що став невід'ємною частиною глобальних систем позиціонування GPS, а також сприяв відкриттю рідкісного фундаментального стану матерії, передбаченого Альбертом Ейнштейном та його колегою-теоретиком Сатьєндрою Натом Бозе, помер 16 червня в Пало-Альто, штат Каліфорнія. Йому було 92 роки.

Його дружина Беатріс підтвердила смерть. Вона повідомила, що він знепритомнів під час відвідування їхньої дочки Софі Клеппнер та її сина Дарвіна, який закінчував середню школу.

У середині 1950-х років, коли він проходив стажування в Кембриджському університеті в Англії, доктор Клеппнер дізнався щось дивовижне: викладач розповів йому, що можливо побудувати годинник, достатньо точний для виявлення впливу гравітації на час. Зацікавившись, він почав шукати більше інформації та прочитав книгу Нормана Ремзі 1953 року «Ядерні моменти».

Після стажування він продовжив аспірантуру в Гарвардському університеті, де виявив, що доктор Ремзі викладає на факультеті. Він негайно подав заявку до дослідницької групи доктора Ремзі та був прийнятий.

Доктор Ремзі згодом поділив Нобелівську премію з фізики 1989 року за дослідження, які він проводив у 1940-х роках, коли відкрив спосіб вимірювання частот електромагнітного випромінювання, що поглинається атомами та молекулами. Його експериментальна техніка заклала основу для ядерного магнітного резонансу, попередника технології МРТ, яка використовується в медицині сьогодні.

Атоми кожного елемента вібрують з унікальною частотою, як характерний поклик птаха. Робота доктора Ремзі дозволила вченим створити те, що відоме як атомний годинник — пристрій, який вимірює ці вібрації, використовуючи інформацію для надзвичайно точного відліку часу. Офіційна міра секунди, наприклад, становить 9 192 631 770 коливань атома цезію.

Перший атомний годинник був створений у 1954 році Джерролдом Захаріасом, фізиком з Массачусетського технологічного інституту. Коли доктор Клеппнер приєднався до лабораторії доктора Ремзі, у нього з'явилася ідея, як покращити його точність.

Ключем, як він вважав, було спостереження за атомами якомога довше; чим довше можна було відстежувати їхні коливання, тим точнішим був би годинник. Доктор Ремзі запропонував утримувати їх у якомусь посуді, а не дозволяти їм вільно літати. Ця ідея стала основою для революційних внесків доктора Клеппнера.

У інтерв'ю 2011 року для історичного проекту InfiniteMIT доктор Клеппнер пояснив цю ідею. «На перший погляд це звучить дещо божевільно, — сказав він, — що ось цей атом, ви намагаєтеся подивитися на його частоту з дуже високою точністю. Ви повинні поводитися з ними дуже делікатно, а ви збираєтеся дозволити їм вдарятися об стіни та гримати навколо. Це як намагатися спостерігати за будильниками, відбиваючи їх туди-сюди. Але виявляється, для атома водню це може спрацювати, і це була ідея, яку ми переслідували».

Якщо електрони в атомах мають однакову орієнтацію або спін, атоми не можуть утворювати молекули — вони відштовхуються один від одного замість зв'язування. Але Бозе та Ейнштейн теоретично передбачили, що якщо атоми охолодити до надзвичайно низьких температур та стиснути, вони увійдуть у свій найнижчий енергетичний стан та зазнають так званого фазового переходу. Спін їхніх електронів матиме однакову орієнтацію, і вони перестануть поводитися як окремі частинки, натомість діючи як одна велика.

Коли доктор Клеппнер прочитав про цю теорію у 1976 році, він сказав в інтерв'ю MIT, що відкинув ідею як «абсолютно абсурдну». Але розмова з його колегою Томом Грейтаком, експертом з низькотемпературної фізики, змінила його думку. Спираючись на свою попередню роботу з водневим мазером, доктор Клеппнер почав експериментувати зі способами створення невловимого стану матерії.

Він та його команда обрали водень як тестовий елемент, рішення, яке сповільнило їхній прогрес. «Ми зрозуміли, — сказав він пізніше, — що при густинах, на які ми націлювалися, водень не буде стабільним».

Коли інформація про їхні зусилля поширилася, інші лабораторії приєдналися до гонки. Першими вченими, які досягли успіху у 1995 році, були Ерік Корнелл, Вольфганг Кеттерле та Карл Віман з JILA (раніше відомого як Спільний інститут лабораторної астрофізики), дослідницького інституту в Колорадо. Доктор Кеттерле навчався у Девіда Прітчарда, який сам був колишнім студентом доктора Клеппнера. Троє поділили Нобелівську премію з фізики 2001 року за свої досягнення.

Нарешті, у 1998 році група доктора Клеппнера також змогла створити конденсат. Коли він оголосив про цей успіх на конференції у Вероні, Італія, він отримав овації стоячи.

Його наполегливість окупилася: у 2000 році він допоміг заснувати Центр ультрахолодних атомів MIT-Гарвард та став його першим директором, ще більше закріпивши свою роль у цій галузі.

Деніел Клеппнер народився 16 грудня 1932 року в Нью-Йорку, другою з трьох дітей Отто та Беатріс Клеппнер. Його батько, який емігрував з Відня у 1906 році та виріс «практично в бідності», як сказав доктор Клеппнер, заснував власне рекламне агентство. Його мати виросла в Нью-Джерсі та навчалася в коледжі Барнард.

Виростаючи в передмісті Нью-Рошель, штат Нью-Йорк, Деніел любив будувати речі з дерева, включаючи весельні човни, на яких він навчився плавати. Він також любив возитися з електронними пристроями.