Ирина Радунская - Кванты и музы

Большинство физиков, занимавшихся радиоспектро скопией, спокойно восприняли эти результаты. Учёные, работавшие в других областях, просто не обратили на них внимания. Завойский же, глубоко обдумывавший сущность процессов взаимодействия радиоволн с веществом, не мог согласиться с подобными выводами.

Он восстал против авторитета теоретиков. Он понял, что неудачи попыток Гортера и других исследователей могут объясняться тем, что расчёты, на основе которых велись эксперименты, не опирались на правильные опытные данные. В эти расчёты помимо универсальных констант, таких, как постоянная Планка и некоторые другие, входили величины, ранее полученные из опытов, основанных на применении постоянного магнитного поля.

Постоянное магнитное поле! А если?..

Говорят, что не меньше, чем открытием Америки, Колумб прославился решением знаменитой задачи о крутом яйце. Чтобы поставить его вертикально, он просто надбил его. Как «немного» нужно, чтобы стать знаменитым!

Теперь нам кажется, что Завойский сделал очень небольшой шаг. Но этот шаг шёл в сторону от проторенной дороги. И он привёл молодого физика к успеху.

«Почему все изменяли настройку генератора радиоволн, оставляя магнитное поле неизменным? — недоумевал Завойский. — Такова традиция… Но есть ведь и другой путь. Пусть им ещё никто не шёл. Здесь есть свои трудности, но нет никаких разумных запретов». И Завойский решился. Вместо того чтобы вращать ручку своего генератора, перестраивая его частоту, как это делали исследователи до него, он оставил генератор в покое. Решил искать резонанс, меняя величину магнитного поля того магнита, между полюсами которого располагался кристалл. Для этого он плавно изменял величину электрического тока, протекающего по обмотке электромагнита, и непрерывно наблюдал, как радиоволны поглощаются веществом.

Так, в 1944 году был впервые обнаружен замечательный эффект, долго ускользавший от самых опытных экспери ментаторов, носящий несколько непонятное для непосвящённых наименование — электронный парамагнитный резонанс. Теперь мы с уверенностью относим открытие Завойского не только к самым замечательным, но и к самым плодотворным открытиям XX века.

Завойский обнаружил механизм, приводящий к поглощению радиоволн в кристаллах. Выяснилось, что этим механизмом управляли электроны — те самые электроны, что входят в состав некоторых ионов, образующих кристалл. Электроны оказались миниатюрными приёмниками радиоволн!

Перед экспериментаторами раскрылись необычайные потенциальные возможности использования этого тонкого, гибкого, легко управляемого механизма для создания принципиально нового вида радиоприёмников. Ведь эти электроны связаны электрическими силами с атомными ядрами, а через них с самим кристаллом. Следовательно, настройка этих приёмников зависит как от строения кристалла, так и от входящих в него ионов. Изменяя структуру кристалла и вводя те или иные ионы в виде добавок, можно влиять на настройку этого удивительного радиоприёмника!

Так родилась фантастическая идея радиоприёмника, радикально отличающегося от всего известного ранее. В таком приёмнике деталями служат не радиолампы, а электроны — ещё более мелкие кирпичики материи, ещё более удивительные «радисты», чем атомы и молекулы аммиака, прирученные позже Басовым и Прохоровым.

Открытие Завойского легло в основу нового типа усилителей радиоволн с чрезвычайно низким уровнем собственных шумов. И именно этот усилитель сделал возможной удивительную сенсацию, облетевшую весь мир, — локацию Венеры, Меркурия и Марса. Об этом рассказ впереди.

«Магнитные очки» стали ещё более зоркими, более резкими, и учёные смогли разглядеть сквозь них в микромире то, о чём даже не подозревали. «Магнитные оч ки» стали модным методом физического исследования. С их помощью сделано много ценнейших открытий в области строения вещества, и особенно твёрдого тела и полупроводников.

Электронный парамагнитный резонанс раздвинул возможности химии. Сейчас его взяли на вооружение биологи, они приступили к изучению парамагнитного резонанса в биологических объектах, в живых клетках и организмах.

Открытие Завойского не только явилось триумфом нового экспериментального метода, но и подтверждением теоретических прогнозов. Оправдалось предположение о том, что при взаимодействии электронов с радиоволнами проявляются свойства вещества, остающиеся скрытыми, когда опыт сводится лишь к наблюдению за его намагничиванием и размагничиванием. Начинался новый этап в наступлении на тайны материи.

Многие учёные увлеклись исследованием парамагнитных веществ, поисками новых эффектов и практических возможностей.

Прохоров вместе со своим аспирантом Маненковым одними из первых приступили к исследованию парамагнитного резонанса, стремясь проникнуть в сокровенные тайны нового явления. Главные усилия Прохорова и Маненкова были направлены на исследования парамагнитного резонанса в рубине. Они изучали природные и искусственные рубины. Выращивали их в лаборатории, заказывали на заводах.

Рубины давно славятся своей твёрдостью, поэтому широко применяются в качестве сырья для подшипников, используемых в часах и различных точных приборах. Но Прохорова и Маненкова привлекала в рубине не его твёрдость, а совсем иные достоинства. Наши учёные уже далеко продвинулись в исследованиях и частично опубликовали их, когда почта принесла в библиотеку института очередной номер журнала «Физические обозрения» из США.

В этом номере опубликована статья Николая Блумбер хена, в которой он предлагает использовать для усиления и преобразования сверхвысоких частот совершенно неожиданные материалы: фторсиликат никеля и этил-сульфат гадолиния. Блумберхен был уже достаточно авторитетным исследователем, чтобы к его статье отнестись с большим вниманием. Соотечественник Лоренца и Гортера, он родился в 1920 году, окончил Лейденский университет, защитил докторскую диссертацию и затем пересёк океан в поисках более широкого применения своих способностей. В Америке его фамилию начали произносить на американский лад, и она зазвучала как Бломберген.

Блумберхен — физик-теоретик, отличающийся чётким и рациональным подходом к задачам и умением выявлять пути экспериментальной проверки и практического применения своих результатов. В этот раз его статья под названием «Квантовый парамагнитный усилитель» имела подзаголовок: «Предложение усилителя нового типа».

Что поражало в этом названии? Слово «квантовый» напоминало усилитель Басова, Прохорова, Таунса. Слово «парамагнитный» заставляло связать прибор с работами Гортера и Завойского. Что же Блумберхен взял от одного и что от другого направления? И почему из всех заманчивых возможностей, открытых новым явлением, Блумберхен сосредоточил внимание на одном: усилении радиоволн?