Norman Ramsey

Norman Foster Ramsey (* 27. August 1915 in Washington, D.C.; † 4. November 2011 in Wayland, Middlesex County, Massachusetts[1]) war ein US-amerikanischer Physiker. 1989 erhielt er den Physik-Nobelpreis für seine Arbeiten, die zu verbesserten spektroskopischen Verfahren in der Atom-, Molekül- und Kernphysik und zu präzisen Zeit- und Frequenzmessungen führten. Diese Verfahren sind die Grundlage der Zeitmessung mit Atomuhren.

Norman Foster Ramsey ( 1970 )

Leben und Werk

Ramsey wurde als Sohn eines Offiziers und einer deutschstämmigen ehemaligen Mathematikdozentin (an der University of Kansas) geboren. Die Familie zog aufgrund der militärischen Versetzungen des Vaters häufig um, u. a. nach Paris. Ab 1931 begann er ein Ingenieursstudium an der Columbia University, wechselte aber zur Mathematik, wobei er schon vor seiner Graduierung aufgrund regelmäßig gewonnener Wettbewerbe eine Assistentenstelle erhielt. Nach der Graduierung (Bachelor) 1935 besuchte er die Universität Cambridge in England, wo er den Bachelorgrad in Physik erwarb, Maurice Goldhaber war sein Tutor.

Norman Foster Ramsey (rechts) mit der Atombombe Little Boy, 1945

Danach arbeitete er wieder an der Columbia University in der Gruppe von Isidor Isaac Rabi, der gerade die Molekularstrahl-Magnetresonanz-Methode erfunden hatte. Gemeinsam mit Rabi und dessen Mitarbeitern Kellogg und Zacharias untersuchte er Kernmomente und entdeckte das elektrische Quadrupolmoment des Deuterons. Nach seiner Promotion 1940 bei Rabi ging er als Fellow der Carnegie Institution nach Washington, D.C., um die Neutron-Proton-Streuung und die Streuung von Neutronen an Heliumkernen zu untersuchen.

Im Zweiten Weltkrieg arbeitete er zunächst in der Radarforschung am MIT-Radiation-Lab (Entwicklung eines 3-cm-Radars) und ab 1943 am Manhattan Project der Atombombenentwicklung in Los Alamos.

Nach dem Zweiten Weltkrieg nahm er seine Molekularstrahlexperimente mit Rabi als Professor an der Columbia University wieder auf und untersuchte die Hyperfeinstruktur im Spektrum des Wasserstoffatoms. Mit Rabi war er einer der Initiatoren des Brookhaven National Laboratory, dessen erster Leiter des Physik-Departments Ramsey 1946 war. 1947 wurde er Professor in Harvard, wo er ein Labor für Molekularstrahlexperimente aufbaute. Hier entwickelte er die „Separated oscillatory field method“ für Magnetresonanzexperimente[2] und führte mit seinen Studenten und Mitarbeitern zahlreiche Experimente zur Molekül- und Kernphysik durch (Kernmomente, Kernspins, Elektronenverteilung in Molekülen, Spin-Spin-Wechselwirkung usw.). Mit seinem Schüler Daniel Kleppner entwickelte er den Wasserstoff-Maser, mit dem er Präzisionsuntersuchungen zur Hyperfeinstruktur anstellte. Mit Robert Vessot und anderen entwickelten sie daraus auch eine Atomuhr. 1950 wurde Ramsey in die American Academy of Arts and Sciences gewählt.

Ramsey leitete auch eine Gruppe, die am Institut Laue-Langevin in Grenoble an Neutronenstrahlen u. a. das magnetische Dipolmoment des Neutrons genau bestimmte und obere Grenzen für ein mögliches elektrisches Dipolmoment angab (falls dieses existiert, wäre es ein Beispiel für die Verletzung der Zeitumkehrinvarianz). In Harvard war er auch Direktor des „Harvard Cyclotrons“, eines Zyklotron-Beschleunigers, mit dem er und seine Mitarbeiter Proton-Proton-Streuung untersuchten, und an der Konstruktion des 6-GeV-Elektronenbeschleunigers in Cambridge beteiligt, mit dem er in den 1960er Jahren u. a. die Elektron-Proton-Streuung untersuchte.

1986 ging er in Harvard in den Ruhestand, blieb aber weiter als Physiker aktiv.

Ramsey schrieb auch theoretische Arbeiten, u. a. über die Wechselwirkung von Kernen in Molekülen inklusive chemischer Effekte der NMR, frühe Arbeiten über Parität und Zeitumkehrinvarianz und das Konzept negativer Temperaturen.

Norman Ramsey (links), Francis Perrin (Mitte) und Robert R. Wilson (rechts), 1970

Als Wissenschaftlicher Berater des NATO-Generalsekretärs initiierte er die NATO Advanced Study Programs. Als langjähriger Präsident der Universities Research Association war er auch an der Entwicklung des Fermilab beteiligt.

Ramsey war zweimal verheiratet, in erster Ehe von 1940 bis 1983.

Auszeichnungen

1950 Mitglied der American Academy of Arts and Sciences
1952 Mitglied der National Academy of Sciences
1958 Mitglied der American Philosophical Society
1960 Ernest-Orlando-Lawrence-Preis
1974 Davisson-Germer-Preis
1985 I. I. Rabi Award des IEEE
1988 National Medal of Science
1989 Auswärtiges Mitglied der Académie des sciences
1989 Nobelpreis für Physik

Er war mehrfacher Ehrendoktor, u. a. der University of Chicago, der Rockefeller University, von Oxford.

Schriften

mit Emilio Segrè: Experimental Nuclear Physics. Wiley, 1953
Nuclear Moments. John Wiley, 1953
Molecular Beams. Oxford University Press, 1956, 1985
mit Daniel Kleppner: Quick Calculus. Wiley, 1965, 1985
mit Isidor Isaac Rabi, J. Kellogg und J. Zacharias: Magnetic Moments of Proton and Deuteron. Radiofrequency Spectrum of H2 in Magnetic fields. In: Physical Review. Band 56, 1939, S. 728.
mit Rabi, Kellogg und Zacharias: Electrical Quadrupole Moment of the Deuteron. Radiofrequency Spectra of HD and D2 Molecules in a Magnetric Field. In: Physical Review. Band 57, 1940, S. 677
Molecular Beam Resonance Method with Separated Oscillating Fields. In: Physical Review. Band 78, 1950, S. 695
Thermodynamics and Statistical Mechanics at Negative Absolute Temperatures. In: Physical Review. Band 103, 1956, S. 20.
mit J. Smith und Edward Purcell: Experimental Limit to the Electric Dipole Moment of the Neutron. In: Physical Review. Band 108, 1957, S. 120
Time Reversal, Charge Conjugation, Magnetic Pole Conjugation and Parity. In: Physical Review. Band 109, 1958, S. 225.
mit Kleppner und H. Goldenberg: Atomic Hydrogen Maser. In: Physical Review Letters. Band 8, 1960, S. 361
mit Kleppner und Goldenberg: Theory of the Hydrogen Maser. In: Physical Review. Band 126, 1962, S. 603.
mit S. Crampton und Kleppner: Hyperfine Structure of Ground State of Atomic Hydrogen. In: Physical Review Letters. Band 11, 1963, S. 338.
mit Kleppner, H. Berg, Crampton, Vessot, H. Peters und J. Vanier: Hydrogen Maser Principles and Techniques. In: Physical Review A. Band 138, 1965, S. 972.

Literatur

David Wineland: Norman Ramsey (1915–2011). Physicist behind precision spectroscopy and atomic clocks. In: Nature, Band 480, Nr. 7376, 2011, S. 182, doi:10.1038/480182a

Weblinks

Commons: Norman Foster Ramsey – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Informationen der Nobelstiftung zur Preisverleihung 1989 an Norman Foster Ramsey (englisch)
Norman Ramsey. In: Physics History Network. American Institute of Physics (englisch)

Einzelnachweise

Norman Ramsey Dies at 96; Work Led to the Atomic Clock
Dabei werden Teilchen zwei zeitlich getrennten Strahlungspulsen ausgesetzt, um die Auflösung zu erhöhen, mit welcher die Struktur der Energieniveaus gemessen werden kann. Dieses Verfahren ist in der Hochpräzisions- und Quantenphysik heute weit verbreitet und ist z. B. wesentlicher Bestandteil in vielen Atomuhren.

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[1] Norman Ramsey Dies at 96; Work Led to the Atomic Clock

[2] Dabei werden Teilchen zwei zeitlich getrennten Strahlungspulsen ausgesetzt, um die Auflösung zu erhöhen, mit welcher die Struktur der Energieniveaus gemessen werden kann. Dieses Verfahren ist in der Hochpräzisions- und Quantenphysik heute weit verbreitet und ist z. B. wesentlicher Bestandteil in vielen Atomuhren.