Нобелевская премия
Б.М.Болотовский,
доктор физико-математических наук Физический институт им.П.НЛебедева Москва
Нобелевская премия по физике 1958 г. была присуждена трем советским ученым — Игорю Евгеньевичу Там-му, Илье Михайловичу Франку и Павлу Алексеевичу Черенкову. Эта премия отметила открытие и объяснение нового физического явления, получившего на Западе название «эффект Че-ренкова», а у нас, в Советском Союзе, название «эффект Вави-лова—Черенкова». Принятое у нас название отражает решающую роль Сергея Ивановича Вавилова, наряду с П.А.Черенко-вым, И.Е.Таммом и И.М.Франком, в обнаружении и исследовании эффекта. Открытие было совершено за 25 лет до присуждения премии. Ко времени присуждения премии Вавилова уже не было в живых — он умер в январе 1951 г.
Напомним кратко историю открытия. В 1934 г. в журнале «Доклады Академии наук СССР» были опубликованы две работы. Первая из них, статья Черенко-ва, содержала сообщение об открытии и о первых исследованиях нового эффекта. Вторая статья, сразу следовавшая за первой, была написана Вавиловым, научным руководителем Черенкова, предложившим тему для исследования, которое и повело к открытию. В статье Вавилова высказывались первые соображения о возможной природе обнаруженного явления. В частности, выдвигалось предположение, что источником излучения служат электроны, вы© Болотовский Б.М., 2008
битые из атомов гамма-квантами. Это предположение впоследствии подтвердилось и определило весь ход дальнейших исследований.
Полное теоретическое объяснение нового явления было дано в совместной работе Тамма и Франка, опубликованной в тех же «Докладах Академии наук СССР» тремя годами позже, в 1937 г. Было показано, что если электрон (или другая заряженная частица) движется равномерно (т.е. с постоянной скоростью) в прозрачной среде, и скорость движения превосходит скорость света в этой среде, то возникает направленное электромагнитное излучение. Сверхсветовой электрон становится источником излучения тех световых волн, у которых фазовая скорость меньше, чем скорость электрона.
Теория Франка—Тамма объясняла спектр, угловое распределение и другие свойства нового свечения. Найденное авторами выражение для интенсивности излучения получило название формулы Тамма—Франка. Последующие экспериментальные проверки полностью подтвердили теорию.
Излучение Вавилова—Черен-кова нашло широкое применение в физике высоких энергий, где оказалось возможным регистрировать быстрые заряженные частицы по вспышкам излучения Вавилова—Черенкова. Но в первые годы после открытия никаких предложений по использованию излучения Ва-вилова—Черенкова не высказы-
валось, поскольку оно было очень слабым. Однако в годы Второй мировой войны стали разрабатываться чувствительные приемники светового излучения — фотоумножители. В 1947 г. американский физик И.А.Геттинг предложил регистрировать излучение Вавилова— Черенкова с помощью фотоумножителей. Так появились первые черенковские счетчики. Теперь они есть в каждой лаборатории, где ведется изучение частиц высокой энергии. Причем черенковские счетчики дают возможность измерять самые разные характеристики быстрых заряженных частиц — направление движения, величину заряда, скорость, энергию. Именно прогресс в физике высоких энергий, связанный с применением черенковских счетчиков, послужил основанием для присуждения в 1958 г. Нобелевской премии Тамму, Франку и Черенкову.
Молчаливо принято считать, что роли в открытии и объяснении эффекта Вавилова—Черен-кова были распределены следующим образом: Вавилов и Черенков получили опытные результаты, а Тамм и Франк построили теорию явления. Это представление слишком схематично. Выше уже было сказано, что Вавилов не только определил тему исследования и методику измерений, в которых и сам принимал участие, но и высказал первые соображения о природе обнаруженного свечения, т.е. внес вклад и в теорию явления. А Франк не только вме-
Сергей Иванович Вавилов в 30-е годы. Слева — на отдыхе в Крыму. Справа — в лаборатории ГОИ с Б.Я.Свешниковым.
сте с Таммом создал теорию явления, но и помогал Черенкову в измерениях, поэтому всегда знал состояние дел.
Свечение Вавилова—Черен-кова было очень слабым. Для того, чтобы его наблюдать, надо было предварительно «настроить глаза на темноту» — провести около часа в полной темноте. За это время чувствительность глаза возрастала в десятки тысяч раз, и слабое свечение становилось различимым и измеримым. Можно было приступать к измерениям. Однако для того, чтобы записать показания измерительного прибора, надо было осветить шкалу, а свет сбивал адаптацию зрения на темноту. После каждой записи потребовалось бы опять час-полтора проводить в темноте. Избежать этого неудобства можно было с помощью ассистента. Ассистент сидел в полной темноте вместе с Черенковым. Когда нужно было записать отсчет по шкале прибора, Черенков укутывал голову светонепроницаемой тканью, а помощник включал свет и записывал показания. Потом освещение выключалось, Черенков снимал «чадру» и продолжал измерения. Ассистентами в из-
мерениях Черенкова перебывали по очереди многие сотрудники лаборатории Вавилова. Нередко эту обязанность выполнял также Илья Михайлович Франк. Поэтому он состояние эксперимента знал во всех тонкостях.
К этому следует еще добавить, что Илья Михайлович прожил 20 лет в одной коммунальной квартире с Павлом Алексеевичем Черенковым. Когда ФИАН в 1934 г. был переведен из Ленинграда в Москву, молодым сотрудникам Н.А.Добротину, И.М.Франку и П.А.Черенкову сначала была предоставлена комната в общежитии, где они и проживали втроем, пока их семьи оставались в Ленинграде. Через некоторое время им была предоставлена коммунальная квартира. Каждый из них получил по комнате и мог перевезти в Москву свою семью. Научное общение, обсуждения проводимых исследований не прекращались и после возвращения с работы домой.
Опыты по исследованию нового свечения проводились сначала в Ленинграде. В 1934 г., после перевода Физического института в Москву, исследования были продолжены.
Сергей Иванович Вавилов, основатель и директор Физического института им.П.Н.Лебеде-ва, создал там замечательную атмосферу сотрудничества и научных поисков. Впоследствии, много времени спустя, Франк вспоминал:
«В молодости мне посчастливилось в том отношении, что уже в студенческие годы я попал в среду, в которой научное влияние воспринималось особенно интенсивно и разносторонне. Я имею в виду научную школу Л.И.Мандельштама, к которой принадлежали мои непосредственные учителя и выдающиеся физики С.И.Вавилов, Г.С.Ландс-берг и И.Е.Тамм — ученые, столь различные по своей индивидуальности. Была, однако, особенность, характерная для всей этой школы — это непрерывное научное общение. Вопросы теории и результаты экспериментов неизменно и постоянно обсуждались, и эти разговоры (они происходили и вне научных семинаров), частые и длительные, никто не считал потерей времени. Первое время мне казалось удивительным, что столь выдающиеся люди часы своего драгоценного времени,
в которое могли бы сделать нечто замечательное, тратят на разговоры, в которых немалое внимание уделяется тому, что не получилось или оказалось ерундой. В то время я не понимал и того, что в этих беседах часто излагались новые идеи, задолго до их опубликования, и, разумеется, без опасения, что их опубликует кто-то другой. Притом никто не жалел усилий, чтобы помочь формированию нового в понимании, совершенно не думая о соавторстве. В той моральной атмосфере, которая была свойственна школе Л.И.Мандельштама, это было более чем естественно» [1].
В этом отрывке очень верно изображена замечательная творческая атмосфера, которая существовала в ФИАНе тех лет (в определенной степени она сохранилась и в последующие годы) и которая врезалась в память Ильи Михайловича.
Но, пожалуй, в приведенном отрывке все же есть одна неточность. Франк пишет, что Вавилов принадлежал к научной школе Мандельштама. Это не так. Вавилов был учеником П.П.Лазарева, одного из ближайших сотрудников П.Н.Лебедева. Когда студент Вавилов выбирал тему для научной работы, он хотел работать в лаборатории Лебедева. В то время Лебедев уже был серьезно болен, и темы для научных работ давал студентам его ближайший помощник, тогда приват-доцент, а впоследствии академик Петр Петрович Лазарев. Сергей Иванович получил от Петра Петровича тему своего первого исследования и, таким образом, вошел в научную школу Лебедева, а позднее и сам стал главой научной школы. Почему же Франк отнес Вавилова к школе Мандельштама, правда, к не менее замечательной научной школе, но все же не к той, из которой Вавилов вышел? Причина, возможно, лежит в следующем. Сергей Иванович как директор института считал своим долгом создать все условия для плодотворной научной работы сотрудников. Наука,
институт, сотрудники — это было для него на первом месте, а себе он сознательно отводил второе место. Молодой Франк, видя уважительное отношение Вавилова к Мандельштаму, мог причислить Сергея Ивановича к школе Мандельштама.
Впрочем, разнесение членов ученого сообщества по научным школам есть задача с неоднозначным решением, особенно в том случае, если две научные школы тесно взаимодействуют между собой. Так или иначе, Франк имел основания написать то, что он написал.
* * *
Теория излучения Вавило-ва—Черенкова была создана Таммом и Франком. Можно задать вопрос, что именно каждый из них внес в создание теории. Этот вопрос как-то при мне задал Илье Михайловичу один физик. Франк ответил:
— Мы с Игорем Евгеньевичем условились не делить переменные.
Когда я немного времени спустя спросил у Тамма, как возникла качественная картина, объясняющая излучение Вави-лова—Черенкова, он сказал:
— Это мы вместе с Ильей Михайловичем придумали.
Ни малейшего следа какой-нибудь обиды или неприязни в отношениях между Таммом и Франком я не замечал. Они относились друг к другу любовно и бережно, Тамм — как старший коллега, Франк — как младший, считавший Тамма одним из своих учителей.
Но все же на вопрос, кто из них и какой вклад внес в теоретическое объяснение, можно попытаться ответить.
Сост
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.