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Barry C. Barish

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世界最伟大的科学家

2017年诺贝尔奖得主

“引力波”之父

美国加州理工学院荣誉教授

Barry C. Barish

BarryC. Barish 教授,1936年1月27日出生于美国内布拉斯加州奥马哈市。目前是加州理工学院林德物理学荣誉教授。他曾任美国高能物理顾问小组副主席的共同主席,为美国高能物理学制定了长期计划,激光干涉仪引力波观测站(LIGO)董事,以及国际直线对撞机(ILC)的主任。

BarryC. Barish 教授作为美国著名的实验物理学家,因其在激光干涉仪引力波观测站(LIGO)的工作,于2017年,由于对LIGO探测器和引力波的观测作出了决定性的贡献,与Rainer Weiss,Kip Thorne教授一起被授予诺贝尔物理学奖。Barry C. Barish 教授是引力波的领先专家,在LIGO扮演着开创性和领导性角色,直接探测引力波,为宇宙打开一扇新窗口。

物理学作为一个基础学科,在医学、生命科学与机械电机等领域皆扮演着重要角色。Barry C.Barish 教授凭借着其对于物理学以及各种高端仪器的研究与了解,致力于将物理高端技术整合于健康与医疗器械产品中,为增进人类健康、免受环境污染所苦尽一份心力。Barry C.Barish 教授目前活跃于从事生物医学电子信息技术开发,大健康,大数据领域以及生物医学技术研究开发以及其他先端医学生物技术的开发,生物医学诊断仪器的开发,包括一些远程医疗诊断和设备。

 

I教育经历

1957年,获加州大学伯克利分校物理学系学士学位;

1962年,获加州大学伯克利分校物理学系博士学位;

 

II职位成就

1962-1963年,担任加州大学伯克利分校研究员;

1963-1966年,担任加州理工学院研究员;

1966-1969年,担任加州理工学院助理教授;

1969-1972年,担任加州理工学院副教授;

1972 -1991年,担任加州理工学院物理学教授;

2009年,担任美国物理学会副主席;

2005年至今,担任加州理工学院林德物理学名誉教授;

2011年,担任洛斯阿拉莫斯国家实验室主席;

2011年,担任美国物理学会主席;

 

III研究历程

1984-1986年,担任加州理工高能物理集团首席调查员;

1994-2005年,担任激光干涉仪引力波观测台(LIGO)首席研究员;

1997年,担任激光干涉仪引力波观测站(LIGO)董事;

1997-2005年,担任激光干涉仪引力波观测台(LIGO)实验室主任;

2001-2002年,担任美国高能物理顾问小组共同主席,为美国高能物理学制定了长期计划;

2005-2013年,担任国际直线对撞机(ILC)主任;

2006年至今,担任激光干涉仪引力波观测台(LIGO)研究员;

2013年至今,担任激光干涉仪引力波观测台(LIGO)科学合作执行委员会成员;

 

IV荣誉奖项

美国国家科学院院士(NAS);

2002年,获美国教师协会(AAPT)Klopsteg奖;

2006年,获博洛尼亚大学荣誉博士学位;

2007年,获佛罗里达大学科学荣誉博士学位;

2013年,获格拉斯哥大学荣誉博士学位;

2016年,获恩里科费米奖;

2016年,在世界科学节的“巨人之肩”系列中被授予“物理巨人”的称号;

2016年,获史密森尼杂志在物理科学类别的美国创造力奖;

2016年,获Enrico Fermi奖,“因其对LIGO和LIGO-Virgo科学合作的形成以及他在解决具有挑战性的技术和科学方面的作用作出了重大贡献,其解决方案导致首次检测到引力波。”

2017年,获复旦-中智科学奖;

2017年,获阿斯图里亚斯公主奖;

2017年,获Giuseppe和Vanna Cocconi奖;

2017年,获美国国家科学院颁发的2017年亨利德雷珀奖章,“因其在LIGO发展过程中具有远见卓识和并发挥了关键性的领导作用,科学指导和新颖的仪器设计对LIGO发现碰撞黑洞引力波至关重要,因此直接验证了爱因斯坦对引力波的100年的预言并开创了引力波天文学的新领域”;

2017年,与Rainer Weiss,Kip Thorne一起被授予诺贝尔物理学奖,“因其对LIGO探测器和引力波的观测作出了决定性的贡献”;

2018年,获南卫理公会名誉荣誉博士学位;

2018年,获加州大学伯克利分校年度校友奖;

 

V研究领域

Barry C. Barish教授使用高能中微子碰撞来揭示核子的夸克子结构,这些实验是第一批观察弱中性电流的实验,他与其团队成员一起寻找被称为磁单极子的奇异粒子,并研究了穿透宇宙射线,包括中微子测量,为中微子有质量和振荡提供了重要的证据证据;

Barry C. Barish教授曾在斯坦福直线加速器中心进行实验,并于20世纪80年代参与了磁单极子的研究。他还率领一个团队为超导超级对撞机(SSC)设计实验,该超级对撞机将在德克萨斯州建造一个巨大的粒子加速器,但美国国会于1993年取消了该项目。在SSC取消后,Barish于1994年成为LIGO首席调查员。国家科学基金会(NSF)在1992年和1993年对LIGO的评论中对其可行性和管理结构表示怀疑。 Barish对LIGO的设计进行了技术上的改变,例如使用比原先计划的氩气激光器更强大的固态激光器。 LIGO主要是作为加州理工学院和麻省理工学院之间的小型合作项目运行的。 Barish意识到,LIGO需要长期的工作人员和更多的科学家来帮助完成技术要求极高的项目。 1997年,他创立了LIGO科学合作组织(LSC),该组织由来自世界各地的数百位科学家组成。同年,Barish教授成为LIGO董事。

1994年,LIGO在路易斯安那州Livingston和华盛顿Hanford的两台干涉仪上开始了建造工作,并于2002年开始观测。虽然LIGO在早期并没有发现任何引力波,但Barish推动了先进LIGO的计划。先进的LIGO于2004年获得美国国家科学基金会的批准,并于2014年完成安装。2015年9月14日,先进的LIGO首次探测到一对相距13亿光年远的黑洞的重力波。Barry C.Barish教授作为LIGO首席调查员退役,并担任国际线性对撞机全球设计工作组(2005-2013年)的主任,这是一款提议31公里长(19英里)长的线性粒子加速器。

Barry C. Barish教授因其在LIGO的建设和初始运营,LIGO国际科学合作的创建以及LIGO成功转化少数几个科学领域,涉及大量合作和主要基础设施的大科学,最终实现了引力波检测。

 

VI引力波的检测对医学的意义

1.量子力学:

         引力波的发现,使得在量子力学的原理基础上发展成新兴的量子生物学、量子药理学和生命信息学成为了可能。即,利用微观状态的电子波动、能量等形式,对机体进行全面、系统和发展性地预防、调节、诊断、治疗和康复的学科。其中一个已经在发展方面就是下面提到的顺势医学。

2.顺势医学:

         顺势医学科技是将原有药物通过稀释、震荡等工艺手段,将原有药物信息势能化,不仅减少药物剂量而且大大增加了产品功效,同时使产品具有波动性,以达到和人体受损脏器同频共振的目的。在一定程度上,顺势医学同时引用量子科技和顺势工艺,是21世纪前沿科学,未来必将引领医学发展方向。

3.脑部“引力波”与药物难治性癫痫

“高频振荡”是脑部的“引力波”

  爱因斯坦提出“引力波”假说(1916年)后,德国的Hans Berger医生在1924年首先记录到人脑的电活动信号,开辟了认识人脑的新领域。人脑电活动信号是在人类进行运动、感觉、记忆、认知以及情感等脑功能活动时,不同脑细胞和脑组织之间进行信息交流和功能组织的基本语言,对信号的有效记录和分析,既是解开脑功能奥秘的窗口,也是进行脑功能紊乱疾病诊断和治疗的关键手段。特定的脑电活动频率具有特定的时间和空间分布规律,并与一定的生理和病理状态相关,例如,每秒8-13次(8-13Hz)的α节律,在人清醒闭眼时出现于双侧枕部,睁眼以及睡眠中消失;0.5-4Hz的δ节律,既是深度睡眠时期的优势节律,同时也是局部脑损伤的典型表现等。

  近年随着设备和技术的进步,人类能在经典的脑电频率0.5-30Hz之外观察脑活动,重大的突破在于观察到100Hz以上的脑电活动,称为高频振荡(HFO),包括涟波(100-250Hz)以及快速涟波(250-600Hz),其频率极快,但强度非常弱,并且持续时间仅有几十到几百毫秒,湮没于背景脑电活动中,稍纵即逝,就像是大脑的“引力波”。

大脑的“引力波”会使定位病灶、治癫痫更有效

  大脑的“引力波”是非常局限(数毫米内)的神经元同步活动执行功能的结果。研究发现,涟波参与了人类记忆的巩固等多种生理过程,体现了神经元进行信息处理的时空编码特征。从医学角度来看,大脑“引力波”的发现,为人类古老的疾病——癫痫的治疗提供了重要的价值。

  癫痫是多种原因导致的慢性脑疾病,表现为发作性的抽搐、意识障碍以及不同的异常感觉和体验等。在现代医学快速进展的背景下,经过准确诊断和合理药物治疗,约三分之一患者仍有顽固的癫痫发作(药物难治性癫痫)。针对药物难治性癫痫患者,外科手术切除致痫灶能够完全控制发作,但如何在术前准确定位致痫灶,在达到治愈癫痫的同时尽可能不影响脑功能,是目前国际上面临的挑战。

  宣武医院神经内科的任连坤医师曾在美国梅奥诊所跟从国际癫痫学专家学习,对于大脑“引力波”——高频振荡有较深入的研究,他说:“高频振荡的发现在一定程度上改变了我们对于脑活动的认识,特别是在癫痫领域,国际的研究认为病理性高频振荡可以作为致痫灶的生物标记物,能够高度特异地定位致痫灶,为癫痫外科手术成功准确切除治疗提供了巨大帮助”。

王玉平主任介绍,宣武医院近年来在我国率先开展脑部“引力波”——高频振荡的检测,并应用于临床,取得了良好的经验,在此领域达到了国际水平。通过大脑“引力波”的定位,对于顽固性癫痫患者的治疗取得了更好的手术效果。特别是宣武医院去年还引入“机器人无框架立体定向手术辅助系统”(ROSA),定位准确性更高,并且有效地避免了正常脑组织的损伤,非常符合“精准医学”的要求。

 

附一:院校介绍

加州大学伯克利分校,简称伯克利,位于美国旧金山湾区伯克利市,是世界著名公立研究型大学、在学术界享有盛誉,位列2016年ARWU世界大学学术排名世界第3、USNews世界大学排名世界第4。伯克利是加州大学的创始校区,也是美国最自由、最包容的大学之一;该校学生于1964年发起的“言论自由运动”在美国社会产生了深远影响,改变了几代人对政治和道德的看法。伯克利是世界上最重要的研究及教学中心之一,ARWU理科排名世界第1 、工程及计算机均排名世界第3、人文社科也长期位列世界前5,与旧金山南湾的斯坦福大学共同构成了美国西部的学术中心。

截止2018年3月,伯克利相关人士中共有104位诺贝尔奖得主(世界第三)、13位菲尔兹奖得主(世界第五)和25位图灵奖得主(世界第二)。数学大师陈省身在此建立了美国国家数学科学研究所;“原子弹之父”奥本海默等人在此领导曼哈顿计划,制造出了人类第一枚原子弹、氢弹;诺贝尔物理学奖得主欧内斯特·劳伦斯在此发明了回旋加速器,并建立了美国顶级国家实验室劳伦斯伯克利国家实验室;诺贝尔化学奖得主西博格等人在此发现了十六种化学元素,在世界上遥遥领先,其中第97号元素“锫”即是以“伯克利”命名。此外,伯克利为南湾的硅谷培养了大量人才,包括英特尔创始人戈登·摩尔、苹果公司创始人斯蒂夫·沃兹尼亚克、特斯拉创始人马克·塔彭宁。大文豪杰克·伦敦、张爱玲、国学大师赵元任均曾在此求学或工作。

 

附二:学术著作摘选

1)LIGO – Gravitational Wave Discovery

Observation of Gravitational Waves from a BinaryBlack Hole Merger LIGO Scientific & Virgo Collaborations (B.P Abbott(Caltech) et al). Feb 11,2016.16 pp. Published in Phys.Rev.Lett. 116 (2016) no.6, 061102

Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory(LIGO)

LIGO and the detection of gravitational waves B.C. Barish (Caltech, KelloggLab), R. Weiss (MIT). 1999. 7 pp. Published in Phys.Today 52N10 (1999) 44-50

Advanced LIGO LIGO Scientific Collaboration (J. Aasi (Caltech) et al.). Nov17, 2014. Published in Class.Quant.Grav. 32 (2015) 074001 DOI:10.1088/0264-9381/32/7/074001 e-Print: arXiv:1411.4547 [gr-qc] | PDF

International Linear Collider (Global DesignEffort)

The International Linear Collider Barry Barish (Caltech), James E. Brau(Oregon U.). Nov 14, 2013. 41 pp. Published in Int.J.Mod.Phys. A28 (2013)no.27, 1330039 The International Linear Collider Technical Design Report ChrisAdolphsen (ed.) (SLAC) et al.. Jun 26, 2013. 358 pp. ILC-REPORT-2013-040,ANL-HEP-TR-13-20, BNL-100603-2013-IR, IRFU-13-59, CERN-ATS-2013-037,COCKCROFT-13-10, CLNS-13-2085, DESY-13-062, FERMILAB-TM-2554,IHEP-AC-ILC-2013-001, INFN-13-04-LNF, JAI-2013-001, JINRE9-2013-35,JLAB-R-2013-01, KEK-REPORT-2013-1, KNU-CHEP-ILC-2013-1, LLNLTR-635539,SLAC-R-1004, ILC-HIGRADE-REPORT-2013-003 e-Print: arXiv:1306.6328

Magnetic Monopoles and Neutrino Oscillations(MACRO)

Final results of magnetic monopole searches with the MACRO experiment MACROCollaboration (M. Ambrosio et al.). Jul 2002. 13 pp. Published in Eur.Phys.J.C25 (2002) 511-522 Atmospheric neutrino oscillations from upward through goingmuon multiple scattering in MACRO MACRO Collaboration (M. Ambrosio et al.). Apr2003. 10 pp. Published in Phys.Lett. B566 (2003) 35-44

Weak Neutral Currents and Quark Structure(Fermilab)

Exploratory Study Of High-energy Neutrino Interactions. B.C. Barish(Caltech) et al.. 1973. 4 pp. Published in Phys.Rev.Lett. 31 (1973) 565-568Neutral Currents in High-Energy Neutrino Collisions: An Experimental SearchB.C. Barish, J.F. Bartlett, K.W. Brown, D. Buchholz, F. Jacquet, F.S. Merritt,F.J. Sciulli, H. Suter (Caltech), H.E. Fisk, G. Krafczyk (Fermilab). Dec 1974.11 pp. Published in Phys.Rev.Lett. 34 (1975) 538

Antiproton – Proton Annihilations (Brookhaven Lab)

Anti-proton-proton annihilation into electron-positron pairs and gammaraypairs D.L. Hartill, B.C. Barish, D.G. Fong, R. Comez, J. Pine, A.V. Tollestrup),A.W.Maschke (Fermilab),T.F. Zipf (Stanford U., Phys. Dept.).1970. 9 pp. Publishedin Phys.Rev. 184 (1969) 1415-1423

PhD Thesis – UC Berkeley

A Study Of The Reaction Pi- P ---> Pi- Pi0 P At 310-mev And 377-mevBarry C. Barish (LBL, Berkeley). Aug 1962. 62 pp. UCRL-10470

 

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