제임스 왓슨 크로닌

1. 개요

제임스 왓슨 크로닌은 1931년 시카고에서 태어나 2016년 사망한 미국의 실험 물리학자이다. 그는 시카고 대학교에서 학위를 받았으며, 브룩헤이븐 국립 연구소와 프린스턴 대학교에서 연구를 수행했다. 특히 중성 K 중간자의 붕괴에서 CP 위반 현상을 발견하여 1980년 노벨 물리학상을 수상했다. 그는 시카고 대학교 명예 교수를 역임했으며, 초고에너지 우주선 연구와 피에르 오제 관측소 프로젝트에도 참여했다.

2. 생애

제임스 왓슨 크로닌은 시카고에서 태어나 남감리교대학교를 졸업하고, 1955년 시카고 대학교에서 학위를 받았다. 브룩헤이븐 국립연구소에서 근무했고, 프린스턴 대학교 교수 등을 역임했다. 1964년 발 피치와 함께 K⁰ 중간자가 0.1% 정도의 확률로 CP 대칭성을 보존하지 않는 붕괴를 일으킨다는 것을 발견했는데, 이는 고바야시 마코토 등에 의한 고바야시-마스카와 이론으로 설명되었다. 시카고 대학교 명예교수를 역임했으며, 2016년 미네소타주 세인트폴에서 사망했다.

2.1. 어린 시절과 교육

제임스 크로닌은 1931년 9월 29일 시카고에서 태어났다. 그의 아버지 제임스 팔리 크로닌은 시카고 대학교에서 고전어를 전공하는 대학원생이었다. 아버지가 박사 학위를 받은 후, 가족은 먼저 앨라배마로 이사했고, 1939년에는 텍사스주 댈러스로 이사하여 아버지는 서던 메소디스트 대학교(SMU)에서 라틴어와 그리스어 교수가 되었다. 고등학교 졸업 후 크로닌은 댈러스에 머물면서 1951년 SMU에서 물리학과 수학 학사 학위를 받았다. 그는 아일랜드계이며, 그의 아일랜드 조상들은 아일랜드 코크주에서 이민 온 사람들이다.

대학원 진학을 위해 크로닌은 일리노이주로 돌아와 시카고 대학교에 다녔다. 그곳에서 그의 스승으로는 노벨상 수상자인 엔리코 페르미, 마리아 마이어, 머레이 겔만, 수브라마니안 찬드라세카르가 있었다. 그는 새뮤얼 K. 앨리슨의 지도하에 실험 핵물리학에 관한 논문을 썼다.

2.2. 연구 경력

1955년 박사 학위를 취득한 후, 크로닌은 브룩헤이븐 국립 연구소(Brookhaven National Laboratory)의 로드니 쿨(Rodney L. Cool)과 오레스테 피치오니(Oreste Piccioni) 연구팀에 합류하여 초입자(hyperon) 붕괴의 패리티 위반(parity violation)을 연구했다. 그는 그곳에서 발 피치(Val Fitch)를 만났고, 1958년 프린스턴 대학교(Princeton University)로 함께 이동했다. 크로닌과 피치는 중성 K 중간자(K meson)의 붕괴를 연구하여 1964년 CP 위반(CP violation)을 발견했고, 이 공로로 1980년 노벨 물리학상(Nobel Prize in Physics)을 수상했다.

이후 크로닌은 프랑스(France) 사클레(Saclay)의 CEA 사클레(CEA Saclay)에서 1년간 연구를 진행했다. 프린스턴으로 돌아와 중성 K 중간자의 CP 위반 붕괴 모드를 연구하다 1971년 시카고 대학교(University of Chicago) 정교수로 부임했다. 그는 페르미 연구소(Fermilab)의 새로운 입자 가속기에 매력을 느꼈다.

시카고에서 그는 높은 횡방향 운동량에서의 입자 생성에 대한 실험을 수행하여 많은 결과를 얻었고, 이는 Physical Review D, vol 19, page 764 (1977)에 요약되었다. 1982년부터 1983년까지 CERN(CERN)에서 안식년을 보내며 중성 파이온(neutral pion) 수명 측정 실험을 수행했고, 그 결과는 Physics Letters vol 158 B page 81, 1985에 발표되었다. 이후 우주선 연구로 전환하여 우주선 점 광원을 찾는 측정을 했으나, 광원은 발견되지 않았다. 측정 결과는 Physical Review D vol 55 page 1714 (1997)에 발표되었다. 1998년 유타 대학교(University of Utah) 교수로 임명되어 초고에너지 우주선(ultra-high-energy cosmic ray) 물리학 연구와 피에르 오제 관측소(Pierre Auger Observatory) 프로젝트를 지원했지만, 1년 후 사임했다. 그는 앨런 왓슨(Alan Watson)과 무라트 보라타브(Murat Boratav)와 함께 관측소 지원을 계속 모았다.

크로닌은 2008년 조지 W. 부시(George W. Bush) 대통령에게 기초 과학 연구 추가 자금 지원을 요청하는 서한에 서명한 20명의 미국 노벨 물리학상 수상자 중 한 명이었다.

2.3. 개인적인 삶

대학원 재학 중 아내 애네트 마틴(Annette Martin)을 만나 1954년에 결혼했다. 그녀는 시카고 대학교 특별 행사 이사였다. 슬하에 캐스린(1955년생), 에밀리(1959년생), 다니엘(1971년생) 세 자녀를 두었다. 2005년 6월, 애네트 마틴은 파킨슨병 합병증으로 71세의 나이로 사망했다.

2006년 11월, 캐롤 챔플린(Carol Champlin)과 재혼했다.

2011년 5월, 딸 캐스린 크랜스턴(Cathryn Cranston)이 54세의 나이로 백혈병으로 사망했다.

크로닌은 2016년 8월 25일 84세의 나이로 사망했다.

3. 수상 경력

* 1976년 - 어니스트 로렌스 상
* 1980년 - 노벨 물리학상
* 1999년 - 미국 국가 과학상

4. 주요 논문

* M. Banner, J. W. Cronin, J. K. Liu, J. E. Pilcher, [https://www.osti.gov/biblio/4479380-measurement-branching-ratio-sub-yields-gamma-gamma-sub-yields-pi "K{sub L} → γ γ / K{sub L} → 3π{sup 0} 분기비 측정"], 팔머 물리학 연구소, 프린스턴 대학교, 미국 에너지부 (전신 기관인 원자력 위원회를 통해), (1968년 8월 12일).
* M. Banner, J. W. Cronin, J. K. Liu, J. E. Pilcher, [https://www.osti.gov/biblio/4492551-measurement-branching-ratio-sub-yields-pi-sup-sub-yields-pi "K{sub L} → 2π{sup 0} / K{sub L} → 3π{sup 0} 분기비 측정"], 팔머 물리학 연구소, 프린스턴 대학교, 미국 에너지부 (전신 기관인 원자력 위원회를 통해), (1968년 8월 14일).
* J. W. Cronin, H. J. Frisch, M. J. Shochet, J. P. Boymond, R. Mermod, P. A. Piroue, R. L. Sumner, [https://www.osti.gov/biblio/4260617-atomic-number-dependence-hadron-production-large-transverse-momentum-gev-proton-nucleus-collisions "300 GeV 양성자-원자핵 충돌에서 큰 횡방향 운동량을 가진 하드론 생성의 원자 번호 의존성"], 엔리코 페르미 연구소, 시카고 대학교, 조셉 헨리 연구소, 프린스턴 대학교, 미국 에너지부 (전신 기관인 원자력 위원회를 통해), 미국 국립과학재단, (1974년 7월 15일).
* T. O. Brun, J. M. Carpenter, V. E. Krohn, G. R. Ringo, J. W. Cronin, T. W. Dombeck, J. W. Lynn, S. A. Werner, [https://www.osti.gov/biblio/5628749-measurement-ultracold-neutrons-produced-using-doppler-shifted-bragg-reflection-pulsed-neutron-source "펄스 중성자원에서 도플러 편이 브래그 반사를 이용하여 생성된 초저온 중성자 측정"], 아르곤 국립연구소, 시카고 대학교, 메릴랜드 대학교, 미주리 대학교, 미국 에너지부, (1979).
* J. W. Cronin, N. G. Deshpande, G. L. Kane, V. C. Luth, A. C. Odian, M. E. Machacek, F. Paige, M. P. Schmidt, J. Slaughter, G. H. Trilling, [https://www.osti.gov/biblio/6124405-report-working-group-cp-violation-rare-decays "CP 위반 및 희귀 붕괴에 대한 연구 그룹 보고서"], 시카고 대학교, 오리건 대학교, 미시간 대학교, 스탠퍼드 선형 가속기 센터 (SLAC), 노스이스턴 대학교, 브룩헤이븐 국립연구소 (BNL), 미국 에너지부, (1984년 10월).
* J. Abraham, J. W. Cronin 외, 4x10¹⁹ eV 이상의 우주선 플럭스 억제 관측, Phys Rev Letters vol 101, p 061101, (2008).