Америка, Америка!

Америка, Америка!

Мэнэ, тэкэл, пэрэс. — Двусмысленность физика. — Открывая Америку. — ЯМР, его Мекка и его пророки. — Мой друг Паунд. — *Возмущенные угловые корреляции. — *Тайна Оверхаузера. — *Жесткая фокусировка. — Поезда минувших дней

Осенью 1952 года мы пустились по морским волнам на пароходе «Свобода» («Liberty»). Торопливая упаковка вещей перед отъездом, лихорадочная посадка в специальный поезд к пароходу, таможенный досмотр в поезде, беготня носильщиков по огромному причалу в Гавре и, наконец, открывшаяся вдруг перед намигромада парохода — все вызывало в нас чувство нереальности, как будто мы сделались вдруг актерами в каком-то приключенческом фильме. Еще в Париже, чуть только тронулся поезд, я нащупал в кармане ключи нашего домика в Круаси, которые забыл оставить сестре при прощании. Плохая примета. Но то ли еще быловпереди!

Оказавшись на пароходе, я увидел повсюду — на палубах и в коридорах, на спасательных шлюпках и на спасательных кругах, на пепельницах и на тарелках — громадными буквами или мелким шрифтом три зловещие буквы, про которые я умолчал в своем прошении о визе: ГТК. Конечно, я прекрасно знал, что эти буквы обозначают Генеральную трансатлантическую компанию, которой принадлежал пароход, а не Генеральную трудовую конфедерацию — исчадие ада для американских властей, но я все же чувствовал себя, как злополучный царь Валтасар, увидав на стене зловещие слова: мэнэ тэкэл, пэрэс. Это «Memento mori» напоминало мне, что на другом берегу океана меня ожидали бдительные чиновники иммиграционных властей, которые, по слухам, подвергали тщательной проверке заявления путешественников, всегда готовые отослать обратно или заточить на негостеприимном острове Ellis bland тех, кто оказался нелояльным к великой американскойдемократии.

На пароходе было три класса; третий стыдливо назывался туристическим, а второй — каютным; только первый не стеснялся своего номера. Мы, понятно, ехали туристами — в маленькой каюте на двоих, без окна. Но даже скромное (но уютное) убранство нашей каюты с бесконечными ухищрениями для вентиляции, освещения и умывания, а также метрдотели в смокингах и официанты в белых куртках, скользящие бесшумно по широкой столовой, обильная (чтобы не сказать изысканная) пища, для людей мало избалованных, как Сюзан и я, были верхом роскоши. Что же говорить о столовой каютного класса и о плавательном бассейне первого, на которые любезный стюард допустил нас взглянуть. Настоящий Голливуд! А долгие прогулки по палубам, закат солнца, наблюдаемый с носовой палубы, и белый шлейф за судном (увы, ни разу не встали мы вовремя, чтобы наблюдать восход), обряд перевода часовой стрелки каждый вечер на час назад — все это было приятной прелюдией перед встречей с новым миром и незнакомым будущим. (Для меня вид Нью-Йорка со статуей Свободы и линией небоскребов на горизонте оказался незабываемым зрелищем и до сих пор одним из лучших воспоминаний о моих путешествиях. Семичасовой полет заменил навсегда пятидневную морскую поездку, но я не уверен, что мы от этого выиграли. Появился непереводимый и невыносимый джетлег (jet lag), который я с каждым годом переношу все труднее, и исчезла чудесная передышка в виде морской переправы.)

После этой идиллии высадка была сплошным кошмаром. Рано утром американские таможенники и полицейские поднялись на борт; туристы, которые высаживались последними, вынуждены были ждать часами, стоя, пока, как нам говорили французские стюарды, эти господа угощались в баре за счет ГТК. Допрос чиновниками иммиграции, о котором ходили страшные слухи, оказался для меня сравнительно безобидным. Поискав, слава Богу безуспешно, мою фамилию в толстой черной книге (такая же книга была в ходу еще в 1985 году, несмотря на появление компьютеров), чиновник поинтересовался, куда я еду и на что буду жить, но ни разу не коснулся моей политической или профсоюзной, а тем более атомной деятельности. Все время он очень учтиво звал меня доктор. После Оксфорда я, безусловно, имел право на это звание, но не мог понять, откуда он это знает. Я нашел ответ позже; на карточке, которую он держал в руке во время беседы со мной, я записал свою профессию как Physicien, что по-французски означает физик (по-английски физик — physicist). Он же понял это как physician, что по-английски означает медик. Поэтому он и звал меня доктор и поэтому не задал мне ни одного каверзного вопроса, в то время как физиков так легко не пропускали.

Двенадцать лет тому назад я уже заработал пятидесятиграммовую добавку хлеба в день, когда другой чиновник спутал физику с физкультурой. Очевидно, физик — это звание, которым можно гордиться приватно, но не стоит хвастаться публично.

Последнее испытание пришло вместе с носильщиком. На пирсе громадными буквами было выведено предупреждение: NO TIPS (без чаевых). Я решил пренебречь запретом и протянул доллар носильщику, который толкал перед собой на двухколесной тележке мой железный сундучок. «Brother! (Ну, брат!)», — заорал он, подняв руки к небу, перед тем как поднапрячься и с силой послать метров на десять вперед мой сундучок, обязанный спасеньем своему «железному» здоровью. Я понял намек и протянул ему билет в пять долларов (напомню, что моя стипендия равнялась семи долларам в день). Он хрюкнул, дав мне понять, что мое приношение принято.

После нескольких дней в Нью-Йорке я должен был ехать на конференцию по магнетизму в Мэриленде. Мы провели эти дни, гуляя по Манхаттану, и уверен, что читатель будет благодарен, если я опущу здесь все, тысячу раз слышанные восторги новичков.

Расскажу только о двух маленьких будничных приключениях. Сойдя с парохода, мы зашли в drugstore (опять: Шишков, прости…), где на своем лучшем английском языке я заказал два сандвича с ветчиной. «What bread, Mac? (какой хлео, Мак?)», — выстрелил продавец в ответ. Я посмотрел на него, как баран на открытые ворота. Он выпустил обойму: «White, rye, whole wheat, pumpernickel (белый, ржаной, непросеянный, с маком)». Видя, что я все еще ничего не понимаю, кто-то заорал: «Покажи им хлеб». Он вытащил полдюжины хлебов, и я без разбору ткнул пальцемв один из них.

Нас пригласили в ресторан, знаменитый своей говядиной. Кельнер поставил перед Сюзан тарелку, скрывавшуюся под куском окровавленной говядины толщиной в полтора сантиметра. Будучи единственной дамой за столом, она «догадалась», что по здешнему обычаю дама должна разрезать мясо на куски для всех гостей. Пока она искала глазами подходящий нож, кельнер принес по такой же чудовищной порции всем остальным. Таковы были наши первые встречи со страной изобилия.

На конференции в Мэриленде я нашел Ван Флека и Блини и познакомился со многими другими физиками. Среди них был Слэйтер (Slater), знаменитый своими работами по физике атома и твердого тела, и Стонер (Stoner) — специалист по магнетизму. Под добродушной наружностью Слэйтер скрывал бешеный нрав; между ним и Стонером чуть не завязалась рукопашная по поводу магнетизма нелокализованных электронов, и Ван Флеку пришлось их разнимать.

Познакомился я также с Клайдом Хатчисоном (Clyde Hutchison), профессором Чикагского университета, маленьким, миленьким человечком, который великолепно играл регтайм[12] на рояле. Но он «не только этим дорог нам»; он был зачинателем применения ЭПР в химии, наблюдал впервые ЭПР возбужденных триплетов в молекулярных кристаллах, а также ЭПР в растворах щелочных металлов в аммиаке. Он очень любит Оксфорд. Я тоже. И мы иногда там встречаемся.

Я надеялся прочесть краткий доклад о нашей работе с Горовицем о вариационном подходе к теории аномальной сверхтонкой структуры. Ван Флек счел, что я не успею представить столь сложный предмет за те десять минут, которые мне могли выделить. Я послушался его и представил взамен приличный, но банальный расчет магнитной восприимчивости молекулы с тремя сильно связанными спинами. Позже я пожалел, что послушался. Если бы я этого не сделал, мой приоритет закрепился бы гораздо раньше. (Мы с Горовицем послали Прайсу подробную статью для публикации в Докладах Королевского общества, но она почему-то завалялась до 1955 года.) Понадобился еще один подобный случай, чтобы я научился сам решать вопросы о публикации своих работ.

В конце конференции был банкет за отдельными столиками в очень приятной и непринужденной атмосфере. Одна американская дама, которая, очевидно, уже успела оценить коктейли, спросила меня: «Кто этот маленький человек, который держится так, словно он Наполеон?» Я обернулся и увидел нашего уважаемого коллегу, главного директора НЦНИ (CNRS), профессора Гастона Дюпуйа (Gaston Dupouy), который тоже приехал на конференцию. Господин Дюпуй невысок, и держится так, чтобы не потерять ни одного дюйма своего небольшого роста. «Вы ошибаетесь, мадам, — сказал я своей даме, — это и есть сам Наполеон».

И вдруг я услышал взрыв хохота за соседним столом, где Сюзан сидела напротив лейденского профессора Гортера (о котором я говорил в связи с открытием сверхтонкой структуры). На следующий день я спросил у Сюзан, чему они смеялись. «Этот господин Гортер спросил, как я научилась говорить по-английски, и я сказала, что по пластинкам самоучителя Ассимиль. Он спросил, какого рода фразы там встречались, и я привела фразу, которая так смешила миссис Берне: „Верх головы покрыт волосами“. — „Ты выбрала эту фразу?!“ — воскликнул я. — „А что? О Боже мой!“ Она только теперь поняла причину вчерашнего хохота: господин Гортер был лыс, как бильярдный шар.

В Кембридже мы нашли квартиру, которая „съедала“ половину моей стипендии, но меня уверили, что для Кембриджа эта цена была вполне приличной. В лабораторию, где мне предоставили комнату для работы, я ходил пешком, приблизительно полчаса, по очень приятной улице, где обыкновенно я был единственным пешеходом. Понятно, что все автомобилисты, не знавшие дороги, обращались ко мне. Под конец мне это надоело, и, как только я видел, что водитель замедляет ход, я кричал ему: „Я не здешний“. И он проезжал не останавливаясь. Однажды водитель, очевидно, не расслышавший моего заявления, остановился около меня. Я повторил, что я не здешний. — „Какое мне дело! Я здесь живу“.

Гарвард был тогда святилищем того, что я лично называю ядерным магнетизмом, потому что это область физики. Большинство употребляет название ядерный магнитный резонанс, или ЯМР, но по-моему, последний лишь техника для изучения первого, даже если почти единственно употребляемая. ЯМР был открыт в Кембридже в конце 1945 года Парселлом, Паундом и Торри (Е. М. Purcell, R. V. Pound, H. Тоггеу) и совершенно независимо и почти одновременно в Станфорде, на западном берегу Америки, Феликсом Блохом, Хансеном и Пакардом (Felix Bloch, Hansen, Packard).

Я посвятил большую часть своей научной деятельности изучению и преподаванию ядерного магнетизма. В следующих главах постараюсь объяснить простым языком те свойства ядерного магнетизма, которые меня лично больше всего интересовали. [В моей книге „Размышления физика“ (Reflections of a Physicist. Oxford University Press, 1986), пока еще не переведенной на русский язык, первые пятьдесят страниц посвящены популярному изложению это» го предмета. Для специалистов три монографии переведены на русский язык: «Ядерный магнетизм» (1963), «Электронный парамагнитный резонанс» (1973, с Б. Блини), «Ядерный магнетизм, порядок и беспорядок» (1984, с М. Гольдманом)]. За этот год (1952-53) я, вероятно, изучил и сделал больше, чем в любой другой год моей жизни. Надо сказать, что в том году в Гарварде сосредоточилось редкое собрание талантов, и мне хотелось бы сказать о них несколько слов.

Прежде всего это Джон Ван Флек (1899–1980). Про него было справедливо сказано, что он повенчал магнетизм с квантовой механикой, и я прибавлю, что он был и крестным отцом многочисленных детей этого счастливого брака. Он был редким явлением в современной Америке — американцем десятого поколения. Его пращур Тильман Ван Флеек (с двумя «е») прибыл в 1658 году из Голландии в город, который тогда еще назывался Нью Амстердам. Отец Ван Флека был выдающимся математиком и с 1935 по 1943 год заседал в американской Академии наук одновременно с сыном. Ван Флек принадлежал к тому кругу людей, которые в старые времена назывались аристократами: по происхождению (в Америке, стране эмигрантов, мало кто знает, кем был его дед), по богатству, по своей собственной блестящей научной карьере. Но я хочу уверить, что не встречал человека, более свободного от спеси и тщеславия, более простого и доступного для всех. Он разговаривал одинаково и с начинающим студентом, и с президентом университета и уступал дорогу даме, будь она женой коллеги или уборщицей. Кто знает, может быть, это и есть настоящаяаристократия.

Несколько слов о моем сотрудничестве с ним.

*Как Прайс четыре года тому назад, Ван Флек предложил мне разработать задачу, которая мне не понравилась. Он не Стал настаивать и предложил мне улучшить существующее вычисление гиромагнитного отношения для атомарного кислорода, которое было измерено в газе с помощью ЭПР с большой точностью несколько месяцев тому назад. До сих пор подобные вычисления существовали только для атомов с одним внешним электроном, типа щелочных металлов. Я рассмотрел все поправки, которые мне пришли в голову: релятивистскую, другую, связанную с конечностью массы ядра, и еще несколько поправок поменьше.*

Вручив Ван Флеку свою рукопись, которую он сунул в ящик, я перестал о ней думать. Я считал вполне естественным, что он подпишет работу, которую предложил и в которую, как я полагал, может быть, внесет кое-какие стилистические поправки. Не тут-то было! После моего возвращения в Париж началось для меня суровое испытание. Каждую неделю приходило длинное письмо от Ван Флека, написанное его косым неровным почерком, в котором он указывал на новую ошибку, выкопанную из моей рукописи. Если добавить, что он употреблял в физике свой собственный, не для всех понятный язык, станет ясно, что этот письменный обмен мнениями стоил мне много крови. Когда переписка, наконец, закончилась, он, бесспорно, заслужил право разделить со мной авторство, а я — венец мученика.

Эдвард Парселл — человек, которого я, пожалуй, уважаю больше всех других как физика и как личность. Я никогда не встречался ни с кем, более настоящим, более далеким от желания показаться не тем, кто он есть. (Здесь я внесу поправку: уже после того, как я написал эти строки, два года тому назад я встретил другого такого человека, но об этом позже.) В физике у него всегда был свой собственный подход, даже к самым простым задачам; хотя этот подход мог иногда показаться неоправданно сложным, в конце концов он всегда оказывался плодотворным. Кроме открытия ЯМР, за которое он разделил Нобелевскую премию с Блохом, он обнаружил сверхтонкую структуру в излучении водорода в космосе — важнейшее открытие для астрофизики. В эту область он внес много оригинального. Позже он придумал несколько необыкновенно остроумных способов обнаружения магнитных монополей, если только они существуют и производимы ускорителями частиц. Он провел несколько лет в засаде на них. Не его вина, что из этого ничего не вышло: самый искусный охотник возвращается с пустым ягдташем, когда нет дичи. Я никогда с ним не сотрудничал в буквальном смысле слова, но у нас было много дискуссий, возможно, полезных ему и, безусловно — мне, о ЯМР в твердом водороде и, главное, об отрицательной температуре.

Норман Рамзей (Norman Ramsey), ученик Раби (Rabi), специалист по молекулярным пучкам. Он изобрел очень важное усовершенствование методов Раби, которое позволило улучшить на несколько порядков точность измерений спектров двух атомных молекул. В течение многих лет он безуспешно преследовал нечто, столь же уклончивое, как магнитный монополь, а именно электрический дипольный момент нейтрона. Под его руководством был построен водородный мазер, самый точный, если не самый удобный, из существующих стандартов частоты.

Было бы несправедливо обвинить его в равнодушии к впечатлению, которое он производит на других. Добавлю еще, что его голос и особенно его смех не проходят незамеченными даже в переполненном зале. В связи с Рамзеем добавлю пару слов о двух других учениках Раби: Ниренберге (Nierenberg) и Каше (Kusch), тоже громогласных. Ниренберг объяснил мне, что виноваты в этом довоенные насосы, столь шумные, что в лаборатории Раби надо было орать, чтобы быть услышанным. Теперь появилось новое поколение бесшумных насосов, а с ними и новое поколение физиков-джентльменов, которые говорят негромко.

Насосы помогут перейти к анекдоту (подлинному) о Каше. В день, когда он узнал о присвоении ему Нобелевской премии (мягко выражаясь, неожиданной) за сверхточное измерение гиромагнитного отношения электрона, в его кабинет ворвался аспирант с криком, что лопнул главный насос. «Мне сейчас не до этого, я только что получил известие, что награжден Нобелевской премией». — «Кто? Вы?!» — воскликнул аспирант. Анекдот этот подлинный, потому что мне его рассказал сам Каш и еще по одной причине. Несколько лет спустя я был в Ватсоновской лаборатории в Нью-Йорке. Завтракая с группой физиков, я рассказал эту историю. «Кому рассказываете, — сказал один из них, — ведь я тот самый аспирант».

Николас Бломберген (Nicholaas Bloembergen), уроженец Голландии, не участвовал в открытии ЯМР, но начиная с 1947 года сотрудничал с Парселлом и Паундом и внес важный вклад в знаменитую статью, известную в ЯМР под сокращенным заглавием БПП (Бломберген, Парселл, Паунд). Эта статья играла ведущую роль в развитии ЯМР фактически до выхода в свет в 1961 году моей монографии «Ядерный магнетизм», которая значительно расширила, обобщила и обновила БПП, а также исправила несколько ошибок. (Надо помнить, что сказал Ньютон: «Карлик, стоя на плечах гиганта, видит дальше, чем гигант». Я же в конце своей карьеры однажды сказал: «Я тот карлик, на чьих плечах стоят все эти молодые гиганты».) Одаренный находчивым и плодотворным умом, Бломберген, более чем кто-либо другой, постоянно движим духом соревнования, который создает вокруг него чувство напряжения, и который в 1981 году привел его, неожиданно для многих, к «четверти» Нобелевской премии, не за ЯМР, а за работы по нелинейной оптике.

Я закончу Робертом Вивианом Паундом (Robert Vivian Pound), с которым подружился по приезде в Гарвард и с которым дружу уже более тридцати пяти лет, правда, эта дружба прерыпается время от времени бурями различной силы. Родившийся в 1919 году в Канаде, но, ставший теперь гражданином США, Паунд — пример того, что американцы зовут «рано начавший» (early starter) со всеми преимуществами и некоторыми из слабостей молниеносного старта. (Я для них, наоборот, «поздно начавший» (late beginner).) Настоящий волшебник электроники, во время войны Паунд участвовал в деятельности знаменитой «Лаборатории излучения» (Radiation Laboratory) MIT и изобрел несколько приборов, которые быстро принесли ему известность. Сразу по окончании войны он участвовал с Парселлом и Торри в открытии ЯМР, где его искусство в обнаружении слабых сигналов сыграло важную роль. Здесь же произошла первая неудача в его карьере (но это моя догадка, он никогда мне этого не доверял). Он прекрасно понимал все значение их открытия, которое «тянет на Нобелевскую», на треть которой он вполне мог рассчитывать. Но пару недель спустя другая группа, возглавляемая Блохом и тоже состоящая из трех, объявляет о том же открытии. Нобелевскую шестерым не дают, и лишь руководители — Парселл и Блох — поделили эту награду в 1952 году. (О другом травмирующем случае его карьеры я расскажу в другой главе.)

Однако Паунд не падает духом и после участия в БПП изобретает новый детектор ЯМР, очень простой и эффективный, известный в литературе под названием «Коробка Паунда» (Pound box), с помощью которого он первым обнаруживает влияние квадрупольного момента ядра на ЯМР. Наконец, вместе с Парселлом он вводит понятие «отрицательной спиновой температуры», о которой будет речь дальше. Добавлю еще, что он очень хорош собой (вернее, был тридцать пять лет тому назад), с чисто британской элегантностью, которую он поддерживает частыми поездками в Алглию. У него трудный характер, у меня тоже, но только за известным порогом. Когда переступался этот порог, возникали бури, о которых я говорил. Он часто меня упрекал: «Вы не слушаете, что я говорю, а только ждете, чтобы я замолчал, чтобы сказать то же самое». В этом была доля правды, но виной была его сложная и порой канительная манера выражаться, из которой было нелегко извлечь содержание. Я отвечал, что он должен быть доволен тем, что, по крайней мере, я его не перебиваю.

*Возмущенные угловые корреляции

Мы с Паундом работали вместе над этой задачей. Вот в чем дело. Когда радиоактивное ядро испускает один квант за другим, направление испускания первого становится определяющим для спина ядра в его промежуточном состоянии и угловое распределение второго кванта по отношению к этому направлению не изотропно. Эта связь между направлениями двух последовательных излучений и есть угловая корреляция. Из ее изучения можно извлечь информацию о спинах ядра в разных состояниях во время каскада и о мультиполярности различных квантов. При этом предполагается, что направление ядерного спина в промежуточном состоянии не возмущено разными полями, которые этот спин может «увидеть» за свое время жизни, будь эти поля электрическими или магнитными, внутренними или внешними, постоянными или переменными.

Эффекты постоянного магнитного поля, как и изотропной сверхтонкой структуры, были известны раньше. Но никто не знал лучше меня, как может отличаться сверхтонкое взаимодействие в веществе, находящемся в конденсированном состоянии, от его вида в свободном атоме, и никто не знал лучше Паунда, что ядра имеют квадрупольные моменты, которые взаимодействуют с градиентами электрических полей в материи. Наконец, никто не изучал действия переменных полей. В нескольких письмах в «Physical Rеview» и затем в обширной статье, опубликованной в 1953 году, мы дали полную теорию возмущенных угловых корреляций, которая, несмотря на прошедшие тридцать пять лет, мало отличается от ее сегодняшней формы. В частности, мы объяснили, почему возмущение корреляций значительно слабее в жидких радиоактивных источниках, чем в твердых. Это такое же явление, как и «сужение благодаря движению», хорошо известное в ЯМР. В жидкостях возмущающие внеядерные поля колеблются очень быстро, гораздо быстрее, чем в твердых телах, и их возмущающее влияние на ориентацию ядерного спина, усредняется почти до нуля.

Во время этой работы я нашел несколько слабостей, неточностей и даже просто ошибок в БПП, вполне естественных для пионерской статьи, и воспользовался нашей работой, чтобы представить теорию ядерной релаксации в более сжатой и более элегантной форме, которая нашла впоследствии свое окончательное выражение в монографии «Принципы ядерного магнетизма». Одновременно я размышлял о более общей проблеме квантовой статистики — о переходе от уравнения Шредингера, которое орудует амплитудами вероятности, к уравнению Больцмана (или его обобщению, так называемому «основному» уравнению), которое оперирует самими вероятностями.

Паунд уверял, что с тех пор, как люди занимаются квантовой статистикой, они не могли не поставить себе этой задачи и, наверное, уже решили бы ее, если такое решение существует. Мне не хотелось терять времени на библиографические поиски, и я послушался его. Напрасно, как оказалось, но я виноват сам. Альфред Редфилд и Феликс Блох изучили эту проблему независимо друг от друга и пришли к одинаковому заключению, к которому, наверное пришел бы и я, если бы взялся за это дело. После моего мертворожденного доклада в Мэриленде я больше не попадался на такого рода советы. Во всяком случае, приехав в Гарвард как господин «Сверхтонкая структура», я вернулся домой как господин «Возмущенные угловые корреляции».

Вначале наша теория была исключительно вспомогательным средством для физиков-ядерщиков, изучавших мультиполярность излучений и значения ядерных спинов, учитывая поправки, обусловленные влиянием внеядерных полей, но со временем она стала орудием физиков твердого тела, интересующихся свойствами самой среды, окружающей ядро. Когда я вернулся во Францию, два молодых физика из КАЭ — Пьер Леман и Антуан Левек — изучали угловые корреляции в жидких источниках. Я посоветовал им капнуть глицерина в их источник и посмотреть, что произойдет. Они решили, что я сошел с ума (как могла капля глицерина повлиять на ядерное явление?!), и …были ошеломлены исчезновением корреляции. Объяснение было простым: глицерин увеличивал вязкость жидкости и замедлял скорость колебаний внеядерных полей, делая их более эффективными для разрушения корреляции. (Пьер Леман, с которым мы припоминали это недавно, т. е. тридцать пять лет спустя, не отрицает результата, но уверяет, что они читали нашу статью и вполне ожидали то, что произошло. Я же, конечно, предпочитаю свой вариант истории.)

*Тайна Оверхаузера

Чтобы покончить с ЯМР в Гарварде, я хочу описать еще одно событие, которое должно было сыграть важную роль в будущей моей деятельности. Альберт Оверхаузер (Albert Overhauser), молодой теоретик Иллинойского университета, сделал следующее предсказание: в металле, где, как известно, механизмом ядерной релаксации является связь ядерных спинов со спинами электронов проводимости, насыщение ЭПР последних должно привести к громадному увеличению ядерной поляризации. Не стану объяснять сейчас смысла этой фразы, потому что вернусь к этому вопросу в другой главе. А пока скажу лишь две вещи. Во-первых, эта работа произвела на меня замедленное действие, направив мои размышления к вопросу, занимавшему меня много лет: ядерная динамическая поляризация.

Во-вторых, слушатели Оверхаузера на собрании Американского физического общества, где он представил (за десять минут) рассуждения, которые привели его к этому изумительному заключению, сразу разделились на две части: одни не поняли ни слова из его доказательства, другие не поверили ни слову из его заключения. В первом ряду скептиков, которые не поверили заключению, блистали светила магнитного резонанса: Блох и Парселл, Раби и Рамзей. Бломберген сомневался, я тоже. Главным вопросом был, конечно, «прав ли Оверхаузер?».

Как говорится у англичан, качество пудинга доказано, когда он съеден. В том же году иллинойсский физик Чарльз Слихтер и его студент Карвер «съели пудинг». Насыщая резонанс электронов проводимости в металлическом натрии, они наблюдали увеличение ядерной поляризации, предсказанное Оверхаузером.*

Были и другие выдающиеся личности в Гарварде в том году: Братейн (Brattain) — создатель транзистора с Шокли и Бардином (Shockley, Bardeen). Я вспоминаю со стыдом, как я реагировал на присуждение им Нобелевской премии за открытие: как, «Нобель» за «gadget»?![13]

Был Бриджмен — король высоких давлений. Он однажды сказал, что можно обновить всю физику, добавив к названию любого опыта слова «под высоким давлением». Много лет спустя, когда я работал над динамической поляризацией ядер, я предложил в шутку слова «под высоким давлением» заменить словами «с поляризованными ядрами». Еще я заимствовал у него, на этот раз нечаянно, название книги, написанной им много лет назад, — «Размышления физика».

Был еще Юлиан Швингер (Julian Schwinger) — «сверхмощная электростанция» теоретической физики. Его девизом могло бы быть: «Все мое, что доступно счету». В 1947 году он решил задачу расходимостей в квантовой электродинамикие, что позволило вычислить с фантастической точностью радиационные поправки, измеренные Лэмбом и Кашем. Это принесло ему Нобелевскую премию вместе с Фейнманом и с японским физиком Томонага (Tomonaga). За много лет до того, как он стал (в двадцать восемь лет) самым юным из ординарных (full) профессоров Гарвардского университета, он был открыт Исидором Раби, который любил говорить, что Швингер — его самое дорогое открытие.

Ученик публичной школы в Бронксе, квартале Нью-Йорка, населенным до войны в большинстве еврейскими семьями, а теперь негритянскими (здесь необходимо объяснить, что американские публичные школы посещаются детьми из беднейших семейств, в чем диаметрально противоположны английским публичным школам, которые я описал в главе об Оксфорде), юный Швингер был прислан к Раби знакомым, потому что отметки Швингера не позволяли ему надеяться на прием в колледж. Раби попросил его посидеть в углу кабинета, пока он обсуждал у доски с коллегой вопрос из квантовой механики, на котором они споткнулись. «Почему бы не употребить теорему замкнутости?» — раздался тоненький голосок. Юлиан нашел решение раньше старших, и не в последний раз.

В этом году он читал курс квантовой механики, который я посещал. Я был поражен ледяным совершенством его лекций. В течение двух часов он выписывал уравнения одно за другим, никогда не боясь подойти к задаче самым сложным способом, если он считал, что такой подход приближает к физической сути проблемы. Мне не приходилось бывать на лекциях Фейнмана, но я читал статьи обоих на одну и ту же тему. Для тех, кто интересуется теннисом, скажу, что стиль Швингера напоминает Бьерна Борга (Bjorn Borg), а стиль Фейнмана — Макинроя (McEnroe).

*Жесткая фокусировка

Другой деятельностью, которая заняла значительную часть этого хорошо наполненного года, была теория ускорителей. В главе «Накануне» я объяснил принцип протонного синхротрона, где одновременная модуляция частоты ускоряющего поля и величины управляющего орбитой магнитного поля позволяет сохранить орбите постоянный радиус. Чтобы удержать орбиту в пределах вакуумной камеры, магнитному полю придается слабый фокусирующий радиальный градиент. Слабым он должен быть потому, что иначе (по уравнению Лапласа) появится сильный дефокусирующий вертикальный градиент. С увеличением энергии ускорителей размеры вакуумной камеры, а значит, и размеры и вес магнита, становятся очень велики. Брукхейвенский (Brookhaven) космотрон 3 ГэВ и Берклийский (Berkeley) беватрон 6 ГэВ весили несколько тысяч тонн, в то время как советский фазотрон, строившийся в Дубне с 1949 года (но на Западе об этом не знали), достигал 35 тысяч тонн — веса линейного корабля.

Летом 1952 года — тремя американскими физиками из Брукхейвена — Ливингстоном, Курантом и Снайдером (Livingston, Courant, Snyder) — было сделано очень важное изобретение, которое круто изменило искусство строить ускорители. Они «меж делом и досугом» открыли, что, если заменить слабый фокусирующий радиальный градиент чередой сильных градиентов (то фокусирующих, то дефокусирующих), получается общая сильная фокусировка как радиальная, так и вертикальная (так называемая жесткая фокусировка).*

В MIT, совместно с Брукхейвеном, сформировали группу физиков для работы по проектам машин нового типа. Я получил из КАЭ инструкцию постараться быть принятым в эту группу. Меня приняли радушно, и я там работал часть своего времени. Скоро оказалось, что принцип чередующихся градиентов был изобретен двумя годами раньше неким Кристофилосом, греческим инженером из Афин, специалистом по лифтам (как знать, может быть, именно небольшое число высотных домов в Афинах оставляло Кристофилосу досуг для изобретения жесткой фокусировки). Кристофилос послал свои результаты в Беркли, где тогда на них никто не обратил внимания.

Это открытие имело два неприятных последствия для Брукхейвенской тройки. Во-первых, власти американской атомной комиссии (АЕС) с почетом выписали из Греции в США Кристофилоса и постановили, чтобы ко всем его предложениям тщательно прислушиваться. Бедный Курант жаловался мне, что предложения Кристофилоса были «a lot of hot air» (горячий воздух), а сам Кристофилос «a pain in the neck» (болью в шее). Но появление четвертого всадника — Кристофилоса — имело еще одно, апокалипсическое последствие для бедной тройки. Начну с загадки: какая разница между игрой в бридж и Нобелевской премией? Ответ: для Нобелевской четвертого не ищут (максимальное число лауреатов три). Вот почему открытие, которое изменило ход физики элементарных частиц, никогда не получило своей, по-моему вполне заслуженной, награды.

Наше пребывание в Америке приближалось к концу. Перед отъездом мы решили проехаться поездом через Америку, от Чикаго до Калифорнии и обратно. (Скучный кусок между Нью-Йорком и Чикаго мы решили перелететь.) Наш милый Ван, большой знаток железных дорог всего мира, разработал нам маршрут. (В Гарварде все звали Ван Флека — Ван, за исключением одного китайца, который находил это непочтительным и обращался к нему «доктор Ван».) От Чикаго до Лос-Анджелеса мы ехали знаменитым экспрессом «Эль Капитал» с остановкой на сутки, чтобы осмотреть чудо всех чудес Гранд-Каньон. Снова поездом из Лос-Анджелеса в Сан-Франциско и оттуда обратно в Чикаго другим экспрессом «Калифорния Зефир», увы, давно канувшим в Лету. Нам не хватило денег на спальный вагон, и, несмотря на комфорт американских поездов, замечательный в те дни, каждый из двухсуточных концов был довольно утомительным. Тем не менее мы сохранили от поездки, и в особенности от Гранд-Каньона, незабываемое впечатление. Мы открыли необъятность и разнообразие американского континента, недоступные самолетным пассажирам.

В Америке трансконтинентальная поездка поездом имеет много общего с путешествием по морю. Запомнился забавный случай в вагоне-ресторане «Калифорния Зефир». Я заметил, что мой счет за меню был на 50 центов меньше, чем счет соседа, который покинул наш столик на несколько минут раньше. Официант объяснил: «Мы уже в Неваде — не те налоги».

Мы провели несколько дней в Пасадене (Pasadena), около Лос-Анджелеса, в клубе университета. В первый вечер после ужина мы вышли погулять на улицу и были тотчас же остановлены полицейской машиной: наше поведение показалось подозрительным. Мы объяснили, что мы из Франции, где хождение пешком общепринято, это их удовлетворило.

Лос-Анджелес с его жарой, невыносимым смогом, (смог или smog — помесь «smoke», т. е. дым, и «fog», т. е. туман), нечеловеческими размерами и несуществующим транспортом, кроме, конечно, бесчисленных частных машин, произвел на нас удручающее впечатление.

Полный контраст с Сан-Франциско, который нас очаровал своей необыкновенной красотой, улицами, упиравшимися в небо под углом в тридцать градусов, анахроническими трамвайчиками, свежестью летнего климата, столь отличного от духоты и влажности восточного побережья, и общей атмосферой веселой свободы, которой было далеко от, тогда неслыханной, свободы «веселых» (gay), будущего рассадника спида.

В Беркли мы познакомились с «резонаторами» западного побережья, в том числе с двумя учениками Феликса Блоха, с которыми у меня завязалась долгая дружба, — Эрвином Ханом и Карсоном Джефризом (Erwin Hahn, Carson Jeffries). Эрвин Хан, чье изобретение спинового эха «перестроило» ЯМР, экспансивный гений, обладающий широчайшей коллекцией анекдотов (мягкое остроумие одних вызовет улыбку на устах приходского священника, здоровая вольность других приведет в восторг живодера — все зависит от компании). С Карсоном Джефризом, милым, спокойным человеком, у нас было многолетнее соревнование в ядерной динамической поляризации.

В Станфорде, где ЯМР был открыт одновременно с Гарвардом, мы нашли только Пакарда, Блох был в отъезде, а Хансен скончался.

Три чудесных дня мы провели в национальном парке Йосемити (Yosemite) в Калифорнии. Взяли напрокат пару велосипедов, чтобы передвигаться по парку, но были поставлены в тупик предупреждением, развешанным повсюду: «При встрече с медведем закройте все окна вашей машины».

На обратном пути остановились у канадской границы, чтобы осмотреть Ниагарский водопад. Водопад гораздо красивее с канадской стороны, но наша виза была на один единственный въезд в США. Пограничник, который сидел на одном конце моста между США и Канадой, сжалился над нами и разрешил провести пару часов на другой стороне. Возвращаясь, мы с ужасом увидели, что его сменил другой, который категорически отказался впустить нас обратно, особенно после того, как прочел в моем паспорте, что я родился в России. «Что, если Канада нас тоже не впустит, — думал я, — придется остаться на мосту до конца жизни». Пока я так мрачно размышлял, вернулся первый пограничник и впустил нас обратно.

До отъезда оставалось шесть недель. Паунд раздобыл мне приглашение провести месяц в Бруххейвенской лаборатории, в нескольких десятках километров от Нью-Йорка, за счет американского ВММ (Военно-морского министерства). Нам дали там однокомнатную квартиру, и я проводил время, размышляя над ускорителями, возмущенными угловыми корреляциями, и о том, как бы «соскрести» с пресловутого эффекта Оверхаузера оболочку сложных вычислений, в которую он был «завернут».

В Брукхейвене я познакомился с Морисом Гольдхабером (Maurice Goldhaber), талантливым физиком-ядерщиком, который впоследствии стал директором лаборатории. Он гордился, вполне справедливо, своей репутацией и моложавостью: на несколько лет старше меня, он выглядел моложе. Он рассказал мне, что во время поездки в СССР у него спросили, не сын ли он великого Гольдхабера. «Здорово, — подумал я, — столько вложить в одну фразу!»

Познакомился я и с Сэмом Гаудсмитом (Sam Goudsmit), главным редактором «Physical Review», который с Уленбеком (Uhlenbeck) впервые ввел понятие спина электрона и связанного с ним магнитного момента, человеком, остроумнее которого я не встречал. Из-за меня возник конфликт между двумя американскими администрациями. Когда я приехал, вице-директор лаборатории предложил мне передать письменно лаборатории права на все открытия, которые я мог бы сделать за этот месяц. «Не могу, — ответил я, — я их уже передал ВММ, на чьи деньги я смог приехать сюда». — «Это недопустимо, — возразил он, — наши гости передают свои права нам. Это правило не терпит исключений. Я подниму этот вопрос в верхах». — «Поднимайте», — подумал я. К счастью, я за этот месяц ничего не открыл и больше про это дело не слыхал, но, кто знает, может быть, бюрократы американских ВММ и КАЭ продолжают оспаривать права на мои открытия. Теперь, тридцать пять лет спустя ужасное сомнение приходит мне на ум: мог ли я, сам служащий французского КАЭ, передавать Военно-морскому министерству чужой страны права на мои открытия за целый месяц? Надеюсь, что сработает срок давности и неприятностей у меня не будет. Через несколько дней после Брукхейвена мы отплыли во Францию на пароходе «Фландр» (Flandre), гораздо меньшем, чем «Свобода».

Данный текст является ознакомительным фрагментом.