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Julian Schwinger (1918 - 1994), USA

Nobelpreis für Physik 1965

Porträtbild
Bild: Julian Schwinger [1]

für die fundamentale Leistung in der Quantenelektrodynamik, mit tiefgehenden Konsequenzen für die Elementarteilchenphysik (gemeinsam mit Richard Feynman und Shin'ichiro Tomonaga)

Julian Schwinger, geboren 1918 in New York, gilt als einer der großen theoretischen Physiker des 20. Jahrhunderts. Im Alter von 21 Jahren erhielt er seinen Doktortitel an der Columbia University und war danach wissenschaftlicher Mitarbeiter und Assistent an der University of California in Berkeley unter Robert Oppenheimer.[2] Obwohl er 1943 bereits einer der führenden Kernphysiker war, ging er nicht wie die meisten seiner Kollegen nach Los Alamos, sondern arbeitete während des Zweiten Weltkrieges am "Radiation Laboratory" des Massachusetts Institute of Technology an theoretischen Grundlagen für die Entwicklung von Radar, insbesondere der Theorie der Wellenausbreitung in Wellenleitern.[3] Die dabei entwickelten Variationsmethoden wandte er später erfolgreich in der Quantenfeldtheorie und der Streutheorie an ("Lippmann-Schwinger-Gleichung").

Von 1945 bis 1972 lehrte Julian Schwinger an der Harvard University. Dort widmete er sich der Quantenelektrodynamik und leitete als erster wichtige Vorhersagen der Theorie ab, wie die Lamb-Verschiebung (genannt nach dem Physiker Willis Lamb, Nobelpreisträger der Physik 1955) oder das anomale magnetische Moment des Elektrons. Später sagte er unter anderem die Existenz verschiedener Neutrino-Arten voraus. Anfang der 1970er Jahre wechselte er unter anderem wegen Kritik an einer seiner Theorien an die University of California in Los Angeles. Nach 1989 galt das Interesse Schwingers auch der "kalten Fusion", über die er mehrere Artikel verfasste. Er trat schließlich aus der Amerikanischen Physikalischen Gesellschaft aus, da ihm eine Veröffentlichung zur kalten Fusion in einer Zeitschrift der Amerikanischen Physikalischen Gesellschaft verweigert wurde.[3]

Insgesamt betreute Julian Schwinger mehr als siebzig Doktorarbeiten. Vier seiner Studenten gewannen selbst einen Nobelpreis, nämlich Ben Mottelson, Sheldon Glashow, Roy Glauber (Nobelpreise für Physik 1975, 1979, 2005) und Walter Kohn (Nobelpreis für Chemie 1998).

Wellenleiter

Die Patentanmeldungen Julian Schwingers beschäftigen sich mit Wellenleitern für elektromagnetische Wellen. In der Patentschrift pdf- Datei US 2 731 602 A (Figur 1 unten) wird ein Richtkoppler zur Auskopplung einer elektromagnetischen Welle aus einem rechteckigen Wellenleiter 10, 11 und 12 in einen benachbart angeordneten rechteckigen Wellenleiter 13 beschrieben.

PatentzeichnungBild vergrößert anzeigenFigur 1: Richtkoppler (aus US 2 731 602 A )

Dazu sind in die Zwischenwand 14 zwischen der Breitseite des Abschnitts 10 des Wellenleiters und der Längsseite des Wellenleiters 13 zwei Öffnungen 15 und 16 eingelassen, welche in Längsrichtung einen Abstand besitzen, der einem Viertel der Wellenlänge der auszukoppelnden elektromagnetischen Welle entspricht, und welche in vertikaler Richtung gleich weit von der Mittellinie des Wellenleiters beabstandet sind. Der Wellenleiter 13 ist auf der einen Seite durch eine Platte 17 mit einem Energieabsorber 18 geschlossen. Die Pfeile 19 und 20 bezeichnen in Vorwärtsrichtung verlaufende Wellen in Abschnitt 11 des Wellenleiters, welche sich im Abschnitt 10 in jeweils zwei Wellen aufspalten. Eine erste Welle schreitet in Richtung des Abschnitts 12 fort, während die zweite durch die Öffnungen 15 und 16 in den Wellenleiter 13 eindringt und sich dort rückwärts in die durch die Pfeile 21 und 22 gezeigte Richtung ausbreitet.

Durch diese spezielle Anordnung gelingt es, die Bewegungsrichtung der ausgekoppelten Welle zu invertieren.

PatentziechnungBild vergrößert anzeigenFigur 2: Wheatstone-Brücke aus Wellenleitern (aus US 2 643 295 A )

Patentschrift pdf- Datei US 2 643 295 A zeigt eine Anordnung von rechteckigen Wellenleitern, mit der die aus der Elektronik bekannte Wheatstonesche Brückenschaltung für Mikrowellen nachgebaut wird. Während in der Elektronik die Wheatstonesche Brückenschaltung zur genauen Messung von elektrischen Widerständen verwendet wird, können mit der Anordnung gemäß Figur 2 Impedanzen von Wellenleitern gemessen werden.

Zur Realisierung der Wheatstone-Brücke sind die Wellenleiter 10 und 12 durch eine Unterbrechung der gemeinsamen Wand 14 zwischen den Abschnitten 22 und 22' zu einer gemeinsamen Kammer verbunden. Senkrecht dazu führen die Wellenleiter 16 und 20 zu dieser Kammer, wobei die Längsseite des Wellenleiters 20 gegenüber der Längsseite des Wellenleiters 16 um 90° um die Senkrechte gedreht ist. Zur Elimination von Kopplungsimpedanzen dienen darüber hinaus leitfähige Kontaktstifte 33, 35, 37 und 39. Die Anordnung lässt sich zur Bestimmung von Impedanzen in den Abschnitten der Wellenleiter 10 und 12 verwenden, wenn eine Leistung in den Wellenleiter 20 eingespeist wird und Messmittel in den Wellenleiter 16 eingesetzt sind.

Patentdokumente zu Julian Schwinger
PublikationsnummerJahrTitel
pdf-Datei US 2 731 602 A   1946  Directional Coupler 
pdf-Datei US 2 643 295 A   1946  Microwave Wheatstone Bridge 

Quellen:

[1] http://en.wikipedia.org/wiki/File:Schwinger.jpg [recherchiert am 09.07.2012]
[2] http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1965/schwinger.html [recherchiert am 09.07.2012]
[3] MILTON, K.A.: In Appreciation Julian Schwinger: From Nuclear Physics and Quantum Electrodynamics to Source Theory and Beyond. In: Physics in Perspective, 2007, Vol. 9, No. 1. S. 70 - 114. Preprint http://www.arxiv.org/abs/physics/0610054

© 2016 Deutsches Patent- und Markenamt | 29.02.2016